DE4333373A1 - Electronic appts. using power semiconductors - provides respective cooling medium flow jets for each power semiconductor heat sink element - Google Patents
Electronic appts. using power semiconductors - provides respective cooling medium flow jets for each power semiconductor heat sink elementInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Geräte, die mehrere Halbleiterbauelemente enthalten, die während ihres Betriebs Wärme erzeugen (und die im folgenden als "wärmeerzeugende Bauelemente" bezeichnet werden), und insbesondere elektronische Einrichtungen, die in bezug auf die Kühlung solcher wärmeerzeugender Halbleiterbau elemente durch Kühlelemente in Kombination mit der Zufüh rung eines Kühlungsmediums wie etwa Luft verbessert sind; die vorliegende Erfindung betrifft außerdem Kühlungsein richtungen, die dichtgepackte Halbleiterbauelemente wirk sam kühlen können.The present invention relates to electronic devices that contain multiple semiconductor devices that during generate heat from their operation (and hereinafter referred to as "heat generating components" are called), and especially electronic devices related to on the cooling of such heat-generating semiconductor structures elements by cooling elements in combination with the feed tion of a cooling medium such as air are improved; the present invention also relates to cooling directions that densely packed semiconductor devices can cool sam.
Elektronische Geräte, die mehrere wärmeerzeugende Halb leiterbauelemente enthalten, die auf einer Leiterplatte wie etwa einer gedruckten Leiterplatte oder einer Kera mikplatte angebracht sind, sind bekannt. Ein typisches herkömmliches System zum Kühlen der Halbleiterbauelemente verwendet an jedem solchen Halbleiterbauelement vorgese hene Kühlrippen in Kombination mit Kühlungsluft, die von einer zur anderen Seite des elektronischen Gerätes ge schickt wird, um diese wärmeerzeugenden Halbleiterbauele mente nacheinander zu kühlen. Mit diesem herkömmlichen Kühlungssystem kann jedoch die momentane Entwicklung zu erhöhten Wärmeerzeugungsraten durch Halbleiterbauelemente in elektronischen Geräten der obenbeschriebenen Art nicht beherrscht werden. Die Kühlungsluft wird nämlich nach der Kühlung der stromaufseitigen Halbleiterbauelemente auf eine Temperatur erwärmt, die zu hoch ist, um die stromab seitig angeordneten Halbleiterbauelemente wirksam zu küh len. Daher ist ein Kühlungssystem vorgeschlagen worden, in dem die Kühlrippen, die große Wärmeabstrahlungsflächen und somit eine ausgezeichnete Kühlungsleistung besitzen, auf jedem der wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente vor gesehen sind und die Kühlungsluft gleichmäßig und ge trennt mittels einer Kammer und mittels Düsen, die ober halb dieser Rippen angeordnet sind, ohne wesentlichen Luftverlust an diese Kühlrippen der wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente geführt wird. Ein Beispiel eines solchen Kühlungssystems ist aus der JP 2-34993-A bekannt.Electronic devices that have multiple heat-generating half PCB components included on a printed circuit board such as a printed circuit board or a Kera Mikplatte are attached are known. A typical one conventional system for cooling the semiconductor components used on each such semiconductor device cooling fins in combination with cooling air from one to the other side of the electronic device is sent to these heat-generating semiconductor components cooling elements one after the other. With this conventional Cooling system, however, may be the current development increased heat generation rates due to semiconductor devices not in electronic devices of the type described above be mastered. The cooling air is namely after the Cooling of the upstream semiconductor components heated a temperature that is too high to the downstream sided to effectively cool semiconductor devices len. Therefore, a cooling system has been proposed in which the cooling fins, the large heat radiation surfaces and therefore have an excellent cooling performance, on each of the heat generating semiconductor devices are seen and the cooling air is even and ge separates by means of a chamber and by means of nozzles, the upper half of these ribs are arranged without essential Air loss to these cooling fins of the heat-generating Semiconductor components is performed. An example of one such a cooling system is known from JP 2-34993-A.
Dieses bekannte Luftkühlungssystem wird nun mit Bezug auf die Fig. 31 und 32 beschrieben. Wie in Fig. 31 gezeigt, umfaßt ein elektronisches Gerät eine Leiterplatte 1 und eine Anzahl von wärmeerzeugenden LSI-Schaltungen 2, die an der Leiterplatte 1 angebracht sind. An jeder LSI- Schaltung 2 ist ein Kühlelement 3 mit Kühlrippen vorgese hen, wobei an einer Kammer 4 oberhalb der LSI-Schaltungen 2 über entsprechende Düsen 5 Kühlungsluft zugeführt wird, um so die LSI-Schaltungen 2 zu kühlen. Nach der Kühlung des Kühlelementes wird die Luft durch eine Öffnung 6 in zwischen benachbarten Kühlelementen 3 gebildete Luftab führungsräume 8 entlassen und über einen solchen Abfüh rungsraum 8 abgeführt, wie durch die Pfeile 7 angegeben ist. This known air cooling system will now be described with reference to FIGS. 31 and 32. As shown in FIG. 31, an electronic device includes a circuit board 1 and a number of heat-generating LSI circuits 2 attached to the circuit board 1 . A cooling element 3 with cooling fins is provided on each LSI circuit 2 , cooling air being supplied to a chamber 4 above the LSI circuits 2 via corresponding nozzles 5 , so as to cool the LSI circuits 2 . After cooling of the cooling element, the air is discharged through an opening 6 into air space 8 formed between adjacent cooling elements 3 and discharged via such a space 8 , as indicated by the arrows 7 .
Wie aus der Draufsicht der Fig. 32 hervorgeht, sind die LSI-Schaltungen 2 mit mehreren Kühlelementen 3 in Form einer regelmäßigen Matrix mit mehreren Reihen und mehre ren Spalten angeordnet, so daß sich die Luftanteile 9 von den Kühlelementen 3 benachbarter Spalten miteinander mi schen und in derselben Richtung abgeführt werden, wie durch den Pfeil 10 angezeigt ist.As can be seen from the top view of FIG. 32, the LSI circuits 2 with a plurality of cooling elements 3 are arranged in the form of a regular matrix with a plurality of rows and several columns, so that the air portions 9 of the cooling elements 3 of adjacent columns are mixed together and be discharged in the same direction as indicated by arrow 10 .
Daher bildet in diesem bekannten Kühlungssystem jeder Raum zwischen benachbarten Spalten der LSI-Schaltungen 2 oder der Kühlrippen 3 einen Luftabführungskanal, durch den die Luftanteile nach der Kühlung der Halbleiterbau elemente von benachbarten Spalten gemeinsam in die Umge bung abgeführt werden.Therefore, in this known cooling system, each space between adjacent columns of the LSI circuits 2 or the cooling fins 3 forms an air discharge duct through which the air components after cooling the semiconductor components from neighboring columns are discharged together into the surrounding area.
Die derzeitige Entwicklung zu höheren Betriebsgeschwin digkeiten und höheren Packungsdichten der Halbleiterbau elemente von elektronischen Geräten macht es erforder lich, daß die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente mit einem hohen Dichtegrad angeordnet werden, so daß es schwierig wird, große Räume für die Abführung der Luft zwischen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen bei zubehalten. Dies zieht die folgenden Probleme nach sich.The current development towards higher operating speeds densities and higher packing densities of semiconductor construction elements of electronic devices make it necessary Lich that the heat-generating semiconductor devices with a high degree of density, so that it it becomes difficult to have large spaces for the removal of air between the heat-generating semiconductor components to keep. This creates the following problems.
Es ist schwierig, einen Luftabführungsraum auszubilden, der groß genug ist, um die Luft zwischen benachbarten Halbleiterbauelementen oder Kühlelementen aufzunehmen und abzuführen. Wenn daher die Kühlungsluft an jedes Kühlele ment in der erforderlichen Menge geliefert wird, dringen die Kühlungsluftanteile von diesen Kühlelementen nachein ander in den gemeinsamen Abführungskanal mit begrenztem Volumen, so daß sie sich vermischen und eine Luftströmung von hoher Geschwindigkeit bilden. Dies hat eine ernst hafte Zunahme des Strömungswiderstandes für die Strömung der abzuführenden Luft zur Folge. Die erhöhte Strömungs geschwindigkeit kann außerdem zu einem höheren Fluid-Ge räuschpegel führen. Wenn darüber hinaus die für die zwangsläufige Zuführung der Kühlungsluft zur Verfügung stehende Leistung begrenzt ist, wird die Zufuhrrate für die Kühlungsluft abgesenkt, wodurch die Kühlungsleistung verschlechtert wird.It’s difficult to create an air exhaust space big enough to keep the air between neighboring ones Record semiconductor devices or cooling elements and dissipate. Therefore, when the cooling air to each cooling element is delivered in the required quantity the cooling air shares from these cooling elements in succession other in the common exhaust duct with limited Volume so that they mix and an air flow form of high speed. This is serious significant increase in flow resistance for the flow the air to be discharged. The increased flow speed can also lead to a higher fluid Ge lead noise level. If beyond that for inevitable supply of cooling air available power is limited, the feed rate for the cooling air is lowered, reducing cooling performance is deteriorating.
Die Zunahme des Strömungswiderstandes im Luftabführungs kanal führt außerdem zu dem Problem, daß die Kühlungsluft nicht gleichmäßig an sämtliche wärmeerzeugenden Halblei terbauelemente geführt werden kann, weil die Kühlele mente, die sich näher am Auslaß des Abführungskanals be finden, Luft mit ausreichend hohen Raten empfangen kön nen, während die Kühlelemente, die sich vom Auslaß weiter entfernt befinden, mit der Kühlungsluft nicht mit ausrei chend hohen Raten beschickt werden können. Eine solche ungleichmäßige Verteilung der Luftbeschickungsraten be wirkt eine ungleichmäßige Temperaturverteilung über den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen der elektroni schen Einrichtung.The increase in flow resistance in the air discharge duct also leads to the problem that the cooling air not evenly on all heat-producing semi-eggs terbauelemente can be performed because the Kühlele elements that are closer to the outlet of the discharge duct find air can receive at sufficiently high rates NEN, while the cooling elements that continue from the outlet away, with the cooling air not enough with can be loaded at high rates. Such uneven distribution of air loading rates acts an uneven temperature distribution over the heat-generating semiconductor components from elektroni equipment.
Die obenbeschriebenen Probleme werden nicht nur dann festgestellt, wenn aufgrund der zu hohen Anbringungs dichte von wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen keine großen Räume für die Bildung eines Luftabführungskanals zwischen benachbarten wärmeerzeugenden Halbleiterbauele menten gebildet werden können, sondern auch dann, wenn die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente Wärme mit äußerst hohen Raten erzeugen.The problems described above will not only be found if due to excessive mounting density of heat-generating semiconductor components none large spaces for the formation of an air discharge duct between adjacent heat-generating semiconductor devices elements can be formed, but also if the heat-generating semiconductor components with heat generate extremely high rates.
In den bekannten elektronischen Geräten ändert sich die Querschnittsfläche des Luftabführungskanals entsprechend dem Zwischenraum zwischen den wärmeerzeugenden Halblei terbauelementen oder Kühlelementen. Daher wird die Quer schnittsfläche in gewissem Maß von der Anordnung der wär meerzeugenden Halbleiterbauelemente beherrscht. D.h., daß die Richtung der Hauptströmung der Luft nach der Kühlung physikalisch durch die Position der im Gehäuse des elek tronischen Gerätes gebildeten Abführöffnung und von der Anordnung der wärmeerzeugenden Halbleiter bestimmt ist. Mit anderen Worten, es ist schwierig geworden, die Rich tung der Hauptströmung der Luft nach der Kühlung durch die Struktur der Kühlelemente oder durch die Konstruktio nen von Kanalsystemen und Düsen zu bestimmen.In the known electronic devices, the changes Cross-sectional area of the air discharge duct accordingly the space between the heat-producing semi-lead terbauelemente or cooling elements. Hence the cross cut surface to a certain extent from the arrangement of the heat dominated sea-building semiconductor devices. That is, the direction of the main flow of air after cooling physically by the position of the in the housing of the elek tronic device formed discharge opening and from the Arrangement of the heat-generating semiconductor is determined. In other words, it has become difficult for the rich main flow of air after cooling the structure of the cooling elements or by the construction to determine duct systems and nozzles.
Ferner besitzt das dargestellte bekannte Kühlungssystem, in dem die zwischen benachbarten wärmeerzeugenden Halb leiterbauelementen oder Kühlelementen gebildeten Zwischenräume als Luftkanal für die nach der Kühlung mit einander vermischten Luftanteile dienen, den Nachteil, daß die von den stromaufseitigen wärmeerzeugenden Halb leitern erwärmte Luft auf die stromabseitigen wärmeerzeu genden Halbleiter auftrifft, so daß die Kühlungswirkung an den stromabseitigen Halbleitern verschlechtert ist. Ferner dringt die durch die Kühlung der Kühlelemente er wärmte Luft in andere Bereiche des elektronischen Geräts ein, so daß sie durch das Kühlungsluftgebläse erneut angesaugt wird oder andere elektronische Komponenten erwärmt.Furthermore, the known cooling system shown has in which the half between adjacent heat-generating conductor components or cooling elements formed Gaps as an air duct for after cooling mixed air components serve the disadvantage that from the upstream heat-generating half conduct heated air to the downstream heat generator ing semiconductor strikes, so that the cooling effect is deteriorated on the downstream semiconductors. Furthermore, it penetrates through the cooling of the cooling elements warmed air to other areas of the electronic device on so that it can be reapplied by the cooling air fan is sucked in or other electronic components warmed up.
Mittlerweile ist eine höhere Dichte der LSI-Packung auch im Gebiet der Computer gefordert, um der derzeitigen For derung nach höheren Betriebsgeschwindigkeiten der Compu ter nachzukommen. Folglich wird die Dichte der Wärmeer zeugung teilweise deswegen erhöht, weil jede LSI- Schaltung mehr Wärme erzeugt, und teilweise deswegen, weil die Packungsdichte der LSI-Schaltungen groß ist. Das bedeutet, daß eine effiziente Kühlung der LSI-Schaltungen zunehmend wichtiger wird. Wie weiter oben bereits angege ben worden ist, verwendet ein herkömmliches System für die Kühlung von an einer Leiterplatte wie etwa einer gedruckten Leiterplatte oder einer Keramikplatte ange brachten Halbleiterelementen bisher Kühlrippen, die an jedem Halbleiterbauelement vorgesehen sind, wobei die Kühlungsluft von einer Seite zur anderen des elektroni schen Geräts geschickt wird, um diese wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente nacheinander zu kühlen. Mit diesem herkömmlichen Kühlungssystem kann jedoch die momentane Entwicklung zu erhöhten Wärmeerzeugungsraten durch die Halbleiterbauelemente in elektronischen Geräten der oben beschriebenen Art nicht beherrscht werden. Die Kühlungs luft ist nämlich nach der Kühlung der stromaufseitigen Halbleiterbauelemente auf eine Temperatur erwärmt, die zu hoch ist, um auch noch die stromabseitigen Halbleiterbau elemente wirksam zu kühlen. Um diese Probleme zu beseiti gen, sind beispielsweise in der JP 2-34993-A und in der Gebrauchsmusteranmeldung JP 1-113335-A verbesserte Küh lungssysteme vorgeschlagen worden, in denen Kühlrippen mit großen Wärmeabstrahlungsflächen und folglich mit aus gezeichneter Kühlungsleistung an jedem der wärmeerzeugen den Halbleiterbauelemente vorgesehen sind und die Küh lungsluft gleichmäßig und getrennt mittels einer Kammer und mittels Düsen, die oberhalb dieser Rippen angeordnet sind, von einem Gebläse ohne wesentlichen Luftverlust an die Kühlrippen dieser wärmeerzeugenden Halbleiterbauele mente geleitet wird.Meanwhile, a higher density of the LSI pack is also in the field of computers to comply with current For change to higher operating speeds of the Compu ter to comply. Hence the density of the heaters generation increased partly because each LSI Circuit generates more heat, and partly because because the packing density of the LSI circuits is large. The means efficient cooling of the LSI circuits is becoming increasingly important. As stated above ben has used a conventional system for cooling on a circuit board such as one printed circuit board or a ceramic plate previously brought semiconductor fins to semiconductor elements each semiconductor device are provided, the Cooling air from one side to the other of the electroni device is sent to this heat-generating To cool semiconductor components one after the other. With this conventional cooling system, however, can be the current Development to increased heat generation rates through the Semiconductor devices in electronic devices of the above described type can not be mastered. The cooling After cooling, air is the upstream side Semiconductor devices are heated to a temperature that increases is high to the downstream semiconductor construction to cool elements effectively. To solve these problems gene, are for example in JP 2-34993-A and in Utility model application JP 1-113335-A improved cooling Systems have been proposed in which cooling fins with large heat radiation areas and consequently with drawn cooling capacity on each of the heat generators the semiconductor components are provided and the cooling supply air evenly and separately by means of a chamber and by means of nozzles arranged above these ribs are from a blower without significant air loss the cooling fins of these heat-generating semiconductor components ment is led.
Die Fig. 33A und 33B zeigen ein Beispiel derartiger ver besserter Kühlungssysteme, insbesondere ein System des Typs, der in der JP 2-34993-A offenbart ist. Wie in die sen Figuren gezeigt, sind auf einer (nicht gezeigten) Platte mehrere LSI-Schaltungen 101 angebracht, die Wärme quellen darstellen. Auf jeder der LSI-Schaltungen 101 ist ein Kühlelement 103 vorgesehen, das aus Kühlrippen 102 aufgebaut ist. Die Kühlungsluft wird an jede LSI- Schaltung 101 über eine Düse zugeführt, die die gesamte Fläche des Kühlelementes 103 auf jeder LSI-Schaltung 101 abdeckt, um die LSI-Schaltung 101 zu kühlen. Die Luft wird nach der Kühlung vom Kühlelement 103 über Öffnungen 104 abgeführt. Obwohl die Kühlungsluft durch die die gesamte Fläche des Kühlelementes 103 abdeckende Düse an sämtliche Kühlrippen des Kühlelementes 103 geleitet und gleichmäßig verteilt wird, wird in dem Kühlelement 103 ein Strömungsgeschwindigkeit-Verteilungsmuster von einer Art gebildet, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit im Be reich um die Fußenden der mittleren Kühlrippen aufgrund des Strömungswiderstandes am niedrigsten ist, da die Luft wegen des Strömungswiderstandes durch die Spalten 102 zwischen den Kühlrippen zu den Öffnungen 104 strömt. Folglich ist im Chip der LSI-Schaltung eine Temperatur verteilung von der Art vorhanden, bei der die Temperatur im mittigen Bereich des Chips am höchsten ist. Es ist da her schwierig, jeden LSI-Chip gleichmäßig zu kühlen. FIG. 33A and 33B show an example of such ver Patched cooling systems, especially a system of the type which is disclosed in JP 2-34993-A. As shown in these figures, a plurality of LSI circuits 101 , which represent heat sources, are mounted on a board (not shown). A cooling element 103 , which is composed of cooling fins 102 , is provided on each of the LSI circuits 101 . The cooling air is supplied to each LSI circuit 101 through a nozzle, which covers the entire surface of the cooling member 103 on each LSI circuit 101 in order to cool the LSI one hundred and first After cooling, the air is removed from the cooling element 103 via openings 104 . Although the cooling air is directed through the nozzle covering the entire surface of the cooling element 103 to all cooling fins of the cooling element 103 and is evenly distributed, a flow rate distribution pattern of a type is formed in the cooling element 103 in which the flow rate is in the region around the foot ends of the middle cooling fins is lowest due to the flow resistance, since the air flows through the gaps 102 between the cooling fins to the openings 104 because of the flow resistance. Consequently, a temperature distribution of the type is present in the chip of the LSI circuit in which the temperature is highest in the central region of the chip. It is therefore difficult to cool each LSI chip evenly.
Angesichts dieses Problems schlägt die Gebrauchsmusteran meldung JP 1-113355-A ein anderes Luftkühlungssystem vor, in dem der Kühlungslufteinlaß 105 an der Oberseite des Kühlelementes 103 begrenzt ist, so daß nur der mittlere Bereich des Kühlelementes 103 hiervon bedeckt ist, um die Kühlungsluft auf die mittigen Kühlrippen des Kühlelemen tes 103 zu konzentrieren. Obwohl in diesem Kühlungssystem die Strömung der Kühlungsluft auf den mittigen Bereich des Kühlelementes konzentriert wird, wird im Kühlelement aufgrund des Strömungswiderstandes ein Geschwindigkeits gradient der Kühlungsluft aufgebaut, wenn die Luft durch die Spalten zwischen den Kühlrippen zu den Öffnungen 106 strömt, die in beiden Seitenwänden des Kühlelementes 103 gebildet sind. Es ist daher schwierig, die Geschwindig keit der Kühlungsluft im Bereich in der Nähe der Fußenden der Kühlrippen, die sich im mittleren Bereich des Kühl elementes befinden, merklich zu erhöhen. Allgemein wird der Punkt, an dem ein Fluid mit einer Wand kollidiert, als "Staupunkt" bezeichnet. In der Umgebung eines jeden solchen Staupunkts tritt ein Stau des Fluids auf. Die Ge schwindigkeit des Fluids kann niemals gesteigert werden, jedoch kann die Geschwindigkeit des Fluids, das mit der Wand kollidiert, erhöht werden. Ein Staupunkt ist im mittleren Bereich des Halbleiterbauelementes 101 vorhan den, so daß ein Temperaturgradient gebildet wird, derart, daß die Temperatur im mittleren Bereich des Halbleiter bauelementes am höchsten ist und somit eine gleichmäßige Kühlung des Halbleiterbauelementes nicht erreicht wird.In view of this problem, the utility model application JP 1-113355-A proposes another air cooling system in which the cooling air inlet 105 is limited at the top of the cooling element 103 , so that only the central region of the cooling element 103 is covered by it, in order to cool the air to the cooling air to concentrate central cooling fins of the cooling element 103 . Although in this cooling system the flow of the cooling air is concentrated on the central area of the cooling element, a speed gradient of the cooling air is built up in the cooling element due to the flow resistance as the air flows through the gaps between the cooling fins to the openings 106 which are in both side walls of the cooling element Cooling element 103 are formed. It is therefore difficult to significantly increase the speed of the cooling air in the area near the foot ends of the cooling fins, which are located in the central area of the cooling element. Generally, the point at which a fluid collides with a wall is referred to as the "stagnation point". A jam of the fluid occurs in the vicinity of each such stagnation point. The velocity of the fluid can never be increased, but the velocity of the fluid that collides with the wall can be increased. A stagnation point is in the central region of the semiconductor component 101 , so that a temperature gradient is formed, such that the temperature in the central region of the semiconductor component is highest and thus uniform cooling of the semiconductor component is not achieved.
Angesichts der obenbeschriebenen technischen Probleme ist die vorliegende Erfindung gemacht worden.Given the technical problems described above the present invention has been made.
Es ist daher die erste Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, ein elektronisches Gerät zu schaffen, in dem trotz einer sehr hohen Montagedichte der wärmeerzeugenden Halb leiterbauelemente in einer Ebene oder trotz der sehr ho hen Wärmeerzeugungsraten von Halbleiterbauelementen der Strömungswiderstand längs des Weges der Kühlungsluft reduziert ist, um die Kühlungsleistung der Kühlelemente zu verbessern und gleichzeitig den Geräuschpegel zu ver ringern.It is therefore the first task of the present inventor to create an electronic device in which despite a very high assembly density of the heat-generating half ladder components in one level or despite the very high hen heat generation rates of semiconductor devices Flow resistance along the path of the cooling air is reduced to the cooling performance of the cooling elements to improve and at the same time to reduce the noise level wrestle.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Gerät zu schaffen, in dem über mehre ren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen, die in ein elektronisches Gerät gepackt sind, eine gleichmäßige Strömungsratenverteilung eines Kühlungsmediums und folg lich eine gleichmäßige Temperaturverteilung entwickelt werden.It is another object of the present invention to create an electronic device in which over several ren heat-generating semiconductor components that in a electronic device are packed, a uniform Flow rate distribution of a cooling medium and following Lich developed a uniform temperature distribution become.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Gerät zu schaffen, das im Hinblick auf eine Unterdrückung der Verschlechterung der Kühlungslei stung von stromabseitig angeordneten Kühlelementen auf grund der Erwärmung des Kühlungsmediums durch die strom aufseitig angeordneten Kühlelemente verbessert ist. It is another object of the present invention to create an electronic device that is designed for a suppression of the deterioration of the cooling line of cooling elements arranged downstream due to the heating of the cooling medium by the current cooling elements arranged on the side is improved.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Gerät zu schaffen, das im Hinblick darauf verbessert ist, daß das von wärmeerzeugenden Halb leiterbauelementen erwärmte Kühlungsmedium in andere Be reiche des Gerätes eintritt, um dadurch die Abnahme der Zuverlässigkeit der elektronischen Teile in diesen Berei chen zu beseitigen, die andernfalls durch die Einleitung des erwärmten Kühlungsmediums hervorgerufen würde.It is another object of the present invention to create an electronic device that is in view it is improved that the heat-generating half conductor components heated cooling medium in other Be range of the device occurs, thereby reducing the Reliability of the electronic parts in these areas Chen eliminate that otherwise through the introduction of the heated cooling medium would be caused.
Diese Aufgaben werden bei einem elektronischen Gerät erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 angegebe nen Merkmale.These tasks are with an electronic device solved according to the invention by the specified in claim 1 characteristics.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Gerät geschaffen, das umfaßt: mehrere wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente, die auf einer Platte montiert sind; mehrere Kühlelemente, die über eine wärmeleitende Verbindung an den jeweiligen wärmeerzeugen den Halbleiterbauelementen befestigt sind, wobei die Kühlelemente so angeordnet sind, daß sie die Richtung der Strömung und der Abführung eines Kühlungsmediums wie etwa Luft durch die Kühlelementanordnung hindurch bestimmen; und eine Abführungskammer für den Durchgang der konfluen ten Strömung des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammengesetzt ist, die von den Kühlelementen ausgegeben werden. Hierbei sind die Kühlelemente so angeordnet und beschaffen, daß die Rich tungen der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente im wesentlichen übereinstimmen, wobei an jedes Kühlelement der Anteil des Kühlungsmediums zugeführt wird, das durch eine Düse einströmt, die mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement entgegenge setzten Ende des Kühlelementes in Kontakt ist, und daß die Breite einer jeden Düse gemessen in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement kleiner als diejenige des zugehörigen Kühl elementes ist.According to a first aspect of the present invention created an electronic device comprising: several heat-generating semiconductor components based on a Plate are mounted; several cooling elements over a thermally conductive connection on the respective heat generator the semiconductor devices are attached, the Cooling elements are arranged so that they the direction of Flow and the discharge of a cooling medium such as Determine air through the cooling element assembly; and a discharge chamber for the passage of the konfluen flow of the cooling medium resulting from the proportions of the heated cooling medium is composed, the are output by the cooling elements. Here are the Cooling elements arranged and procured so that the Rich the flow and the discharge of the cooling medium essentially match due to the cooling elements, the proportion of the cooling medium at each cooling element is fed, which flows through a nozzle which with opposed to the heat-generating semiconductor device set end of the cooling element is in contact, and that the width of each nozzle measured in the direction of the Flow and the discharge of the cooling medium through the Cooling element smaller than that of the associated cooling element is.
Das elektronische Gerät der vorliegenden Erfindung besitzt mehrere wärmeerzeugende Halbleiterbauelemente, die mit Kühlelementen versehen sind. Die Kühlelemente sind so angeordnet, daß die Richtungen der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch diese Kühlele mente übereinstimmen. An den Seiten der Kühlelemente, die den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen entgegenge setzt sind, sind Düsen vorgesehen, die das Kühlungsmedium in die Kühlelemente leiten. Die Anteile des Kühlungsmedi ums, die von den Kühlelementen abgeführt werden, vereini gen sich nacheinander und bilden eine konfluente Luft strömung, die in Kontakt mit denjenigen Endflächen der Kühlelemente, die den wärmeerzeugenden Halbleiterbauele menten entgegengesetzt sind, längs der Düsenwandflächen strömt, welche sich in einer zur Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlmittels in den Kühlelementen im wesentlichen senkrechten Richtung erstrecken. Daher wird das erwärmte Kühlungsmedium nach der Erwärmung in einer Richtung abgeführt, die zu der Richtung der Strömung und der Abführung in den Kühlelementen im wesentlichen senk recht ist.The electronic device of the present invention has several heat-generating semiconductor components, which are provided with cooling elements. The cooling elements are arranged so that the directions of the flow and the removal of the cooling medium through this cooling element elements match. On the sides of the cooling elements, the counter to the heat-generating semiconductor components are set, nozzles are provided which the cooling medium into the cooling elements. The proportions of the cooling medium um, which are dissipated by the cooling elements, unite successively and form a confluent air flow in contact with those end faces of the Cooling elements, the heat-generating semiconductor devices elements are opposite, along the nozzle wall surfaces which flows in one to the direction of flow and the removal of the coolant in the cooling elements in the extend substantially perpendicular direction. Therefore the heated cooling medium after heating in one Dissipated towards the direction of the flow and the discharge in the cooling elements substantially lower is right.
Erfindungsgemäß ist die Breite der Düse gemessen in der zur Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungs mediums durch die Kühlelemente senkrechten Richtung vor zugsweise so festgelegt, daß sie größer als die Breite des Kühlelementes ist. Gleichzeitig ist die Breite der Düse gemessen in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement vorzugsweise so festgelegt, daß sie kleiner als die Breite des Kühlele mentes ist. According to the invention, the width of the nozzle is measured in the to the direction of the flow and the discharge of the cooling mediums through the cooling elements perpendicular direction preferably set to be larger than the width of the cooling element. At the same time, the width of the Nozzle measured in the direction of flow and discharge of the cooling medium through the cooling element preferably so determined that they are smaller than the width of the cooling element mentes is.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen benachbarten Düsen in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungs mediums durch das Kühlelement größer als in einer hierzu senkrechten Richtung.The distance between adjacent nozzles is preferred in the direction of the flow and the discharge of the cooling medium through the cooling element larger than in one of these vertical direction.
Um zu verhindern, daß das erwärmte Kühlungsmedium in andere Bereiche des elektronischen Gerätes eindringt, ist vorzugsweise eine Trennwand vorgesehen, die die wärmeer zeugenden Halbleiterbauelemente umgibt, um so andere elektronische Komponenten gegenüber der Strömung des erwärmten und abzuführenden Kühlungsmediums zu isolieren, wobei das Kühlungsmedium an einen Abführungsauslaß gelei tet wird, durch den das Medium in die äußere Umgebung des elektronischen Gerätes abgeführt wird.To prevent the heated cooling medium in penetrates other areas of the electronic device preferably a partition is provided that the warmer producing semiconductor components, so others electronic components against the flow of the isolate heated and dissipated cooling medium, the cooling medium being supplied to a discharge outlet through which the medium enters the external environment of the electronic device is discharged.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen benachbarten Kühl elementen gemessen in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement so festgelegt, daß er größer als der Abstand zwischen den zugehörigen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen ist.Preferably, the distance between adjacent coolers elements measured in the direction of the flow and the Removal of the cooling medium through the cooling element determined that it is larger than the distance between the associated heat-generating semiconductor components.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen benachbarten Düsen gemessen in der Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement so festgelegt, daß er größer als der Abstand zwischen den zugehörigen Kühlelementen ist.The distance between adjacent nozzles is preferred measured in the direction of flow and discharge of the cooling medium determined by the cooling element that it is larger than the distance between the associated Cooling elements.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein elektronisches Gerät geschaffen, das umfaßt: mehrere wärmeerzeugende Halblei terbauelemente, die an einer Platte montiert sind; mehre re Kühlelemente, die jeweils über eine wärmeleitende Ver bindung an entsprechenden wärmeerzeugenden Halbleiterbau elementen befestigt sind, wobei die Kühlelemente so ange ordnet sind, daß sie die Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums wie etwa Luft durch diese Kühlelementanordnung hindurch bestimmen; und eine Abfüh rungskammer für den Durchgang einer konfluenten Strömung des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammengesetzt ist, die von den Kühlele menten ausgegeben werden. Hierbei sind die Kühlelemente so angeordnet und beschaffen, daß die Richtungen der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente im wesentlichen übereinstimmen, wobei an jedes Kühlelement der durch eine Düse strömende Anteil des Kühlungsmediums geleitet wird, welche mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement entgegengesetzten Ende des Kühlelementes in Kontakt ist, und daß der Abstand der Düsen gemessen in Richtung der Strömungsab führung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement kleiner als diejenige der Kühlelemente ist.According to the invention, an electronic device is also used created, which includes: several heat-producing semi-lead terbauelemente, which are mounted on a plate; more re cooling elements, each via a thermally conductive Ver binding to appropriate heat-generating semiconductor construction elements are attached, the cooling elements being so are arranged to change the direction of the flow and the Removal of the cooling medium such as air through this Determine cooling element arrangement through; and a lead chamber for the passage of a confluent flow of the cooling medium, which consists of the parts of the heated Cooling medium is composed of the Kühlele ment are issued. Here are the cooling elements so arranged and arranged that the directions of the Flow and the discharge of the cooling medium through the Cooling elements essentially match, being on each cooling element is the portion flowing through a nozzle of the cooling medium is passed, which with the opposite heat-generating semiconductor device End of the cooling element is in contact, and that the Distance of the nozzles measured in the direction of the flow guidance of the cooling medium through the cooling element smaller than that of the cooling elements.
Vorzugsweise ist die Breite des Kühlelementes gemessen in Richtung der Strömung und der Abführung durch das Kühl element kleiner als diejenige des wärmeerzeugenden Halb leiterbauelementes.The width of the cooling element is preferably measured in Direction of flow and cooling discharge element smaller than that of the heat-generating half conductor component.
Vorzugsweise ist die Breite der Düse gemessen in Richtung der Strömung und der Abführung durch das Kühlelement kleiner als diejenige des Kühlelementes.The width of the nozzle is preferably measured in the direction the flow and the discharge through the cooling element smaller than that of the cooling element.
Beispielsweise ist die Breite der Düse gemessen in Rich tung der Strömung und der Abführung durch das Kühlelement so festgelegt, daß sie ungefähr halb so groß wie dieje nige des Kühlelementes ist.For example, the width of the nozzle is measured in rich flow and discharge through the cooling element set to be about half the size of that one nige of the cooling element.
Um das obenerwähnte Problem zu lösen, wird die Breite des Kühlelementes gemessen in Richtung der Strömung und Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement so verändert, daß sie von dem an das wärmeerzeugende Halb leiterbauelement angrenzenden Ende des Kühlelementes zu dem an die Kammer angrenzenden Ende abnimmt. In order to solve the above-mentioned problem, the width of the Cooling element measured in the direction of flow and Removal of the cooling medium through the cooling element changed that from that to the heat-generating half conductor component adjacent end of the cooling element the end adjacent to the chamber.
Vorzugsweise nimmt die Breite der Düse für die Beschic kung des Kühlelementes mit dem Kühlungsmedium gemessen in der zur Richtung der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch das Kühlelement senkrechten oder parallelen Richtung vom stromaufseitigen Ende zum stromabseitigen Ende der mit dem Kühlelement verbundenen Düse ab, um so eine konvergierende Düse zu bilden.The width of the nozzle for the coating is preferably increased kung of the cooling element with the cooling medium measured in the direction of the flow and the discharge of the cooling medium through the cooling element vertical or parallel direction from the upstream end to the downstream end of the connected to the cooling element Nozzle to form a converging nozzle.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Compu ter geschaffen, der umfaßt: ein elektronisches Gerät, das versehen ist mit mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbau elementen, die an einer Platte montiert sind, mehreren Kühlelementen, die jeweils über eine wärmeleitende Ver bindung an den entsprechenden wärmeerzeugenden Halblei terbauelementen befestigt sind, wobei die Kühlelemente so angeordnet sind, daß sie die Richtungen der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums wie etwa Luft durch diese Kühlelementanordnung bestimmen, und einer Abfüh rungskammer für den Durchgang einer konfluenten Strömung des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammengesetzt ist, die von den Kühlele menten ausgegeben werden; eine Kühlungsmedium-Be schickungseinrichtung für die Zuführung des Kühlungsmedi ums an die Kühlelemente; eine Kammer zum Leiten des Küh lungsmediums von der Kühlungsmedium-Beschickungseinrich tung an die Kühlelemente; und ein Gehäuse, das das elek tronische Gerät und die Kühlungsmedium-Beschickungsein richtung aufnimmt. In dem erfindungsgemäßen Computer ist das elektronische Gerät in einem oberen Teil des Gehäuses Seite an Seite neben der Kammer angeordnet, während die Kühlungsmedium-Beschickungseinrichtung unterhalb der Kam mer angeordnet ist, wobei die Abführungskammer an der Oberseite des elektronischen Gerätes und der Düsen, durch die das Kühlungsmedium den Kühlelementen zugeführt wird, vorgesehen ist, und wobei das Gehäuse mit einem Kühlungs mediumauslaß versehen ist, der in seiner oberen Wand aus gebildet ist.According to the present invention, a compu ter created that includes: an electronic device that is provided with several heat-generating semiconductor structures elements that are mounted on a plate, several Cooling elements, each via a thermally conductive Ver binding to the corresponding heat-producing semi-lead Terbauelemente are attached, the cooling elements so are arranged so that they are the directions of flow and the removal of the cooling medium such as air determine this cooling element arrangement, and a removal chamber for the passage of a confluent flow of the cooling medium, which consists of the parts of the heated Cooling medium is composed of the Kühlele mentions are issued; a cooling medium loading feeding device for supplying the cooling medium to the cooling elements; a chamber for directing the cool medium from the cooling medium loading device to the cooling elements; and a housing that the elek tronic device and the cooling medium feed direction. In the computer according to the invention the electronic device in an upper part of the housing Arranged side by side next to the chamber while the Cooling medium feeder below the chamber mer is arranged, the discharge chamber on the Top of the electronic device and nozzles, through which the cooling medium is fed to the cooling elements, is provided, and wherein the housing with a cooling medium outlet is provided in its upper wall is formed.
Gemäß der Erfindung wird ferner ein Kühlelement geschaf fen, das eine Grundplatte und mehrere Kühlrippen auf weist, die an der Grundplatte so vorgesehen sind, daß sie im wesentlichen senkrecht zur Grundplatte vorstehen und daß durch sie die Richtung der Strömung und der Abführung eines Kühlungsmediums durch das Kühlelement bestimmt wird. Die Verbesserung umfaßt hierbei die Tatsache, daß die Kühlrippen gemessen in der zur Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums senkrechten Rich tung an beiden Seitenenden der Grundplatte kleiner als im Mittelpunkt der Grundplatte sind.According to the invention, a cooling element is also created open a base plate and several cooling fins points, which are provided on the base plate so that they project substantially perpendicular to the base plate and that through them the direction of flow and drainage a cooling medium determined by the cooling element becomes. The improvement here includes the fact that the cooling fins measured in the direction of the flow and the discharge of the cooling medium vertical Rich tion on both side ends of the base plate smaller than in Are the center of the base plate.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein elektronisches Gerät geschaffen, das umfaßt: mehrere wärmeerzeugende Halblei terbauelemente, die an einer Platte montiert sind; mehre re Kühlelemente, die jeweils über eine wärmeleitende Beziehung an entsprechenden wärmeerzeugenden Halbleiter bauelementen befestigt sind, wobei die Kühlelemente so angeordnet sind, daß sie die Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums wie etwa Luft durch diese Kühlelementanordnung hindurch bestimmen, und eine Abführungskammer für den Durchgang einer konfluenten Strömung des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammengesetzt ist, die von den Kühlelementen ausgegeben werden. Hierbei sind die Kühlelemente so angeordnet und beschaffen, daß die Rich tungen der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente im wesentlichen übereinstimmen. Ferner umfaßt hierbei das elektronische Gerät eine Trenn wand, die die mehreren Kühlelemente und die Düsen umgibt, die mit den den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen entgegengesetzten Endflächen der Kühlelemente in Kontakt sind, um das Kühlungsmedium an die Kühlelemente zu lei ten, wobei die Düsen einteilig mit der Trennwand ausge bildet sind.According to the invention, an electronic device is also used created, which includes: several heat-producing semi-lead terbauelemente, which are mounted on a plate; more re cooling elements, each with a heat-conducting Relationship to corresponding heat-generating semiconductors Components are attached, the cooling elements so are arranged so that they have the direction of flow and the removal of the cooling medium such as air determine this cooling element arrangement through, and a Discharge chamber for the passage of a confluent Flow of the cooling medium, which consists of the proportions of the heated cooling medium is composed of the cooling elements are output. Here are the Cooling elements arranged and procured so that the Rich the flow and the discharge of the cooling medium through the cooling elements essentially match. The electronic device also includes a separator wall that surrounds the multiple cooling elements and the nozzles those with the heat-generating semiconductor components opposite end faces of the cooling elements in contact are to lei the cooling medium to the cooling elements ten, the nozzles being made in one piece with the partition forms are.
Somit sind in dem erfindungsgemäßen elektronischen Gerät die Kühlelemente an entsprechenden wärmeerzeugenden Halb leiterbauelementen befestigt, wobei die Düsen in Kontakt mit diesen Kühlelementen vorgesehen sind. Um die Düsen sind eine Abführungskammer oder Abführungsräume gebildet, um Durchlässe für das erwärmte Kühlungsmedium zu schaf fen. Selbst wenn daher die wärmeerzeugenden Halbleiter bauelemente in einer Ebene mit einer so hohen Dichte angeordnet sind, daß es unmöglich ist, zwischen benach barten wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen oder zwi schen benachbarten Kühlelementen große Abführungsräume zu finden, ist es erfindungsgemäß möglich, einen ausreichend großen Luftabführungskanal zu bilden, indem der Raum genutzt wird, der den Oberseiten der Kühlelemente zuge wandt ist, die den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemen ten entgegengesetzt sind und sich entlang den Düsenwand flächen in einer zur Strömungs- und Abführungsrichtung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente im wesentli chen senkrechten Richtung erstrecken. Folglich strömt der Hauptteil der konfluenten Strömung des erwärmten Küh lungsmediums längs dieses großen Abführungskanals. Im Er gebnis wird die Strömungsgeschwindigkeit des ab zuführen den Kühlungsmediums abgesenkt, was wiederum den Strö mungswiderstand, auf den die Strömung des abzuführenden Kühlungsmediums trifft, reduziert, so daß eine verbes serte Kühlungsleistung der Kühlelemente und ein verrin gerter Geräuschpegel erhalten werden. Die Reduzierung des Strömungswiderstandes ermöglicht es außerdem, das Küh lungsmedium mit einer ausreichend hohen Rate selbst an diejenigen Kühlelemente zu leiten, die das Kühlungsmedium aufgrund der vom demselben zurückzulegenden großen Strecke zum Abführungsauslaß wahrscheinlich mit kleineren Raten empfangen. Folglich ist es möglich, eine gleichmä ßige Strömungsratenverteilung und somit eine gleichmäßige Temperaturverteilung über sämtlichen im elektronischen Gerät enthaltenen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen zu verwirklichen. Da ferner die Strömung des Kühlungsme diums während der Zufuhr, der Kühlung und der Abführung wiederholt um ungefähr 90° oder um ungefähr 180° abge lenkt wird, können die im Gebläse, in den Kühlelementen und in anderen Bereichen des Strömungsweges erzeugten Geräusche wirksam absorbiert werden, wenn die Luft längs des Weges strömt, so daß das elektronische Gerät mit ver ringertem Geräuschpegel arbeiten kann.Thus, in the electronic device according to the invention the cooling elements on corresponding heat-generating half attached conductor components, with the nozzles in contact are provided with these cooling elements. Around the nozzles an evacuation chamber or evacuation rooms are formed, to create passages for the heated cooling medium fen. Therefore, even if the heat-generating semiconductors components in a plane with such a high density are arranged that it is impossible to adjoin between beard heat-generating semiconductor devices or zwi adjacent cooling elements to large discharge rooms find, it is possible according to the invention, one sufficient large air duct to form by the room is used, the top of the cooling elements is applied to the heat-generating semiconductor components th are opposite and along the nozzle wall surfaces in a direction of flow and discharge of the cooling medium through the cooling elements in essence Chen vertical direction. Consequently, the flows Main part of the confluent flow of the heated cooling medium along this large discharge channel. In the Er The result will be the flow rate of the feed the cooling medium, which in turn reduces the flow resistance to which the flow of the Cooling medium hits, reduced, so that a verbes cooling performance of the cooling elements and a reduction noise level can be obtained. The reduction of Flow resistance also allows the cooling medium itself at a sufficiently high rate to direct those cooling elements that contain the cooling medium due to the large to be covered by the same Route to the exhaust outlet probably with smaller ones Receive installments. Consequently, it is possible to ßig flow rate distribution and thus a uniform Temperature distribution over all in the electronic Device contained heat-generating semiconductor components to realize. Furthermore, since the flow of the cooling meter diums during supply, cooling and discharge repeated about 90 ° or about 180 ° is steered in the fan, in the cooling elements and generated in other areas of the flow path Noises are effectively absorbed when the air is along of the way flows, so that the electronic device with ver reduced noise level can work.
Es ist ferner hervorzuheben, daß, da der Hauptteil der konfluenten Strömung des erwärmten Kühlungsmediums längs des Raums strömt, der den oberen Endflächen der Kühlele mente zugewandt ist und sich längs den Düsenwandflächen erstreckt, nur ein kleiner Anteil des so erwärmten Küh lungsmediums mit den Kühlelementen und den wärmeerzeugen den Halbleiterbauelementen, die sich im stromabseitigen Bereich bei Betrachtung in Richtung der Strömung des abzuführenden Kühlungsmediums befinden, in Kontakt gelan gen kann. Folglich kann die Verringerung der Kühlungslei stung solcher stromabseitiger Kühlelemente, die andern falls aufgrund des Kontakts mit dem erwärmten Kühlungsme diums auftreten würde, vorteilhaft vermieden werden.It should also be emphasized that since the main part of the confluent flow of the heated cooling medium along of the space that flows the upper end surfaces of the cooling element is facing and along the nozzle wall surfaces stretches, only a small proportion of the heat so heated medium with the cooling elements and the heat generators the semiconductor components that are located in the downstream Area when viewed in the direction of the flow of the cooling medium to be removed are in contact can. As a result, the reduction in cooling power such downstream cooling elements, the others if due to contact with the heated cooling meter diums would occur, advantageously avoided.
Wenn ferner die Düsen so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen benachbarten Düsen in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente größer als in der hierzu senkrechten Richtung ist, wird der Hauptteil der konfluenten Strömung in dem Raum zwischen benachbarten Düsen gebildet, die in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente einander zugewandt sind, während in dem Raum zwischen benachbarten Düsen, die in der zur Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums in den Kühlelementen senkrechten Richtung einander zugewandt sind, ein kleinerer Teil der konfluenten Strömung gebil det wird.Furthermore, if the nozzles are arranged so that the distance between adjacent nozzles in the direction of flow and the removal of the cooling medium through the cooling elements is larger than in the direction perpendicular thereto most of the confluent flow in the room formed between adjacent nozzles that are directed towards the Flow and the discharge of the cooling medium through the Cooling elements face each other while in the room between adjacent nozzles that are in the direction of the Flow and the discharge of the cooling medium in the Cooling elements facing each other in the vertical direction are a smaller part of the confluent flow det.
Die Trennwand, die die wärmeerzeugenden Halbleiterbauele mente umgibt, leitet das erwärmte Kühlungsmedium effi zient von den Kühlelementen an einen Abführungsauslaß, der im Gehäuse des elektronischen Gerätes ausgebildet ist. Die Trennwand dient außerdem dazu, ein Eindringen des erwärmten Kühlungsmediums nach dem Wärmeaustausch in andere keine Kühlung erfordernde Bereiche des Gerätes zu verhindern, so daß der unerwünschte Effekt beseitigt wird, der andernfalls bei in diesen Bereichen enthaltenen elektronischen Komponenten hervorgerufen würde.The partition that contains the heat-generating semiconductor components surrounds the heated cooling medium effi flows from the cooling elements to a discharge outlet, who is trained in the housing of the electronic device is. The partition also serves to penetrate of the heated cooling medium after the heat exchange in other areas of the device that do not require cooling prevent so that the undesirable effect is eliminated otherwise included in these areas electronic components would be caused.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand zwischen benachbarten Kühlelementen gemessen in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente so festgelegt, daß er größer als der Abstand zwischen benachbarten wärmeerzeugenden Halblei terbauelementen gemessen in derselben Richtung ist. Folg lich ist der Abstand zwischen gegenüberliegenden Endflä chen benachbarter Kühlelemente erhöht, so daß der Strö mungswiderstand gegenüber dem Kühlungsmedium reduziert ist, das um 180° abgelenkt wird und in den den oberen Endflächen der Kühlelemente und den Düsenwandflächen zugewandten Abführungsraum eintritt, nachdem das Küh lungsmedium von den Kühlelementen abgeführt worden ist. Der Strömungswiderstand gegenüber dem um 1800 abgelenkten Kühlungsmedium wird weiter abgesenkt, wenn sich die Höhe der Kühlrippen des Kühlelementes so ändert, daß sie im mittleren Bereich am höchsten ist und zu den beiden seit lichen Enden abfällt, weil eine solche Höhenänderung der Kühlrippen den Abstand zwischen den Endflächen benachbar ter Kühlelemente nach oben zu dem obenerwähnten Abfüh rungskanal erhöht. In one embodiment of the invention, the distance is measured between adjacent cooling elements in the direction the flow and the discharge of the cooling medium the cooling elements set so that it is larger than that Distance between adjacent heat-producing semiconductors is measured in the same direction. Episode Lich is the distance between opposite end faces Chen adjacent cooling elements increased so that the Strö Resistance to the cooling medium is reduced is deflected by 180 ° and in the upper ones End surfaces of the cooling elements and the nozzle wall surfaces facing evacuation room occurs after the cooling medium has been removed from the cooling elements. The flow resistance compared to that deflected around 1800 Cooling medium is further lowered as the height increases the cooling fins of the cooling element changes so that they in middle area is highest and to the two since Lichen ends falls because of such a change in height of the Cooling fins the distance between the end faces adjacent ter cooling elements up to the above-mentioned removal channel increased.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung ist die Position der Düse in bezug auf das zugehö rige wärmeerzeugende Halbleiterbauelement so festgelegt, daß die Düse vom Mittelpunkt des wärmeerzeugenden Halb leiterbauelementes zum Mittelpunkt des elektronischen Gerätes versetzt ist, wobei sich der Betrag des Versatzes entsprechend der Position des Halbleiterbauelementes ändert, derart, daß der Betrag des Versatzes bei denjeni gen Halbleiterbauelementen am größten ist, die sich in den am weitesten außen liegenden Bereichen des elektroni schen Gerätes befinden, und zum Mittelpunkt des elektro nischen Gerätes abnimmt. Folglich wird die Beschickungs rate des Kühlungsmediums für die Kühlelemente in den am weitesten außen liegenden Bereichen absichtlich redu ziert, weil diese Kühlelemente andernfalls aufgrund des geringeren Strömungswiderstandes als bei anderen Kühlele menten das Kühlungsmedium mit einer höheren Rate empfan gen würden, so daß eine gleichmäßige Strömungsratenver teilung des Kühlungsmediums erhalten wird.In another embodiment of the present invention is the position of the nozzle in relation to the associated heat-generating semiconductor component that the nozzle from the center of the heat-generating half conductor component to the center of the electronic Device is offset, the amount of offset according to the position of the semiconductor device changes such that the amount of offset at denjeni largest semiconductor components that are found in the outermost areas of electronics device and to the center of the electro African device decreases. Consequently, the feed rate of the cooling medium for the cooling elements in the am furthest outside areas intentionally reduced graces because these cooling elements otherwise due to the lower flow resistance than other cooling elements ment received the cooling medium at a higher rate would, so that a uniform flow rate ver division of the cooling medium is obtained.
Die konvergierende Form der Düse reduziert den Strömungs widerstand gegenüber dem von der Kammer in die Düse ein tretenden Kühlungsmedium, wodurch eine gleichmäßige Strö mung des Kühlungsmediums in die Düse sichergestellt ist.The converging shape of the nozzle reduces the flow resisted that from the chamber into the nozzle occurring cooling medium, which ensures an even flow Cooling medium is ensured in the nozzle.
In dem Computer gemäß der vorliegenden Erfindung ist das elektronische Gerät in einem oberen Bereich des Gehäuses Seite an Seite neben der Kammer montiert, während die Kühlungsmedium-Beschickungseinrichtung unter der Kammer angeordnet ist. An der Oberseite des elektronischen Gerä tes und der Düsen ist eine Abführungskammer gebildet, wo bei in der oberen Wand des Gehäuses eine Abführungsöff nung ausgebildet ist. Folglich wird das Kühlungsmedium wie etwa Luft mit einer vergleichsweise niedrigen Tempe ratur von einem unteren Bereich in der Nähe des Bodens eines Raums angesaugt und strömt naturgemäß nach oben, wenn es allmählich erwärmt wird und folglich seine Dichte abnimmt, wodurch eine hohe Kühlungswirkung erzielt wird und die Einleitung des erwärmten Kühlungsmediums in Bereiche, die keine wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemen te enthalten, vermieden wild.In the computer according to the present invention this is electronic device in an upper area of the housing Mounted side by side next to the chamber while the Coolant feeder under the chamber is arranged. At the top of the electronic device tes and the nozzles a discharge chamber is formed where with a drainage opening in the upper wall of the housing is trained. As a result, the cooling medium such as air with a comparatively low temperature rature from a lower area near the floor sucked into a room and naturally flows upwards, if it is gradually warmed up and consequently its density decreases, whereby a high cooling effect is achieved and the introduction of the heated cooling medium into Areas that do not produce heat-generating semiconductor devices te included, avoided wildly.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ändert sich die Höhe der Kühlrippen der Kühlelemente so, daß sie vom mittleren Bereich zu den beiden seitlichen Endberei chen des Kühlelementes abnimmt, so daß der Strömungswi derstand, auf den das im Kühlelement strömende Kühlungs medium trifft, entsprechend reduziert wird, was zu einer Verbesserung der Wärmeabstrahlungswirkung beiträgt.In another embodiment of the invention changes the height of the cooling fins of the cooling elements so that they from the middle area to the two side end areas Chen of the cooling element decreases, so that the flow wi the level to which the cooling element flowing in the cooling element medium hits, is reduced accordingly, resulting in a Improvement of the heat radiation effect contributes.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung sind die Düsen mit der Trennwand einteilig ausgebil det, so daß die Düsen in bezug auf die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente einfach und genau positioniert wer den können, wodurch es möglich ist, die erforderlichen Abführungsräume beizubehalten. Gleichzeitig werden der Schutz und die Wartung des elektronischen Gerätes erleichtert.In another embodiment of the present invention the nozzles are formed in one piece with the partition det, so that the nozzles with respect to the heat-generating Semiconductor components easily and precisely positioned can, which makes it possible to do the necessary Maintain exhaustion rooms. At the same time, the Protection and maintenance of the electronic device facilitated.
Im Hinblick auf die eingangs beschriebenen technischen Probleme schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt eine Kühlungseinrichtung zum Kühlen von wärmeerzeugenden Einheiten wie etwa Halbleiter-LSI-Schal tungen mit einem hohen Grad von Gleichmäßigkeit bei der Temperaturverteilung und mit einer hohen Kühlungswirkung. Insbesondere ist der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung auf eine Kühlungseinrichtung gerichtet, die in einem Computer verwendet werden kann, in dem viele LSI- Chips, wovon jeder viel Wärme erzeugt, in einem Multi chip-Modul dicht montiert sind, um die derzeitige Forde rung nach einer höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit des Computers zu erfüllen. In diesem Zusammenhang zielt die vorliegende Erfindung darauf, diese LSI-Chips mit einem Kühlungsfluid wie etwa Luft gleichmäßig zu kühlen.With regard to the technical described at the beginning The present invention creates problems according to one second aspect a cooling device for cooling heat generating units such as semiconductor LSI scarf with a high degree of uniformity in the Temperature distribution and with a high cooling effect. In particular, the second aspect is the present Invention directed to a cooling device which in can be used on a computer in which many LSI Chips, each of which generates a lot of heat, in a multi chip module are tightly fitted to the current forde after a higher processing speed of the Computers. In this context, the present invention insists on using these LSI chips with a To cool cooling fluid such as air evenly.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klemmeinrichtung zu schaffen, mit der ein hochlei stungsfähiges Kühlelement an einer wärmeerzeugenden Ein heit wie etwa einem Multichip-Modul sicher befestigt wer den kann und dabei ein Verlust des Kühlungsfluids vom Kühlelement reduziert wird.It is also an object of the present invention to create a clamping device with which a highly Stable cooling element on a heat-generating inlet such as a multichip module the can and thereby a loss of the cooling fluid from Cooling element is reduced.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Düsenverbindungsstruktur zu schaffen, mit der die Zufuhr eines Kühlungsfluids an ein Kühlelement möglich ist, ohne die Anschlüsse der elektrischen Schaltungen mit der wärmeerzeugenden Einheit wie etwa einem Multichip-Mo dul zu belasten, und dabei den Verlust des Kühlungsfluids zu reduzieren.It is also an object of the present invention to create a nozzle connection structure with which the Cooling fluid can be supplied to a cooling element is without having to connect the electrical circuits the heat generating unit such as a multichip Mo. load and thereby the loss of the cooling fluid to reduce.
Diese Aufgaben werden gemäß dem zweiten Aspekt der vor liegenden Erfindung durch eine Kühlungseinrichtung gelöst, die ein einer wärmeerzeugenden Einheit zugehöri ges Kühlelement verwendet, das in seinem mittleren Bereich mit einem Schlitz versehen ist, der sich vom obe ren Ende zum unteren Ende oder in die Nähe des unteren Endes des Kühlelementes erstreckt, so daß das von der Oberseite des Kühlelementes zugeführte Kühlungsfluid direkt die Oberseite des Mittelpunkts der wärmeerzeugen den Einheit erreichen kann, ohne verlangsamt zu werden und einen nennenswerten Temperaturanstieg zu erfahren.These tasks are performed according to the second aspect lying invention by a cooling device solved, which belongs to a heat-generating unit ges used cooling element, which in its middle Area is provided with a slot that extends from the top end to or near the bottom End of the cooling element extends, so that the Cooling fluid supplied to the top of the cooling element directly the top of the center of the heat generator can reach unity without being slowed down and to experience a significant rise in temperature.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist im Kühlelement eine Strömungsführung vorgesehen, die das von der Ober seite des Kühlelementes zugeführte Kühlungsfluid zum mit tigen Bereich des Kühlelementes genau leitet. In one embodiment of the invention is in the cooling element a flow guide is provided, which the from the upper side of the cooling element supplied cooling fluid to the area of the cooling element.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung umfaßt eine Klemmeinrichtung eine durch Kraft ein stellbare Blattfeder, die von dem im Kühlelement ausge bildeten Schlitz aufgenommen ist, sowie ein L-förmiges Klemmelement, das mit der Blattfeder kombiniert ist, wo bei das L-förmige Klemmelement an beiden Seitenflächen des Kühlelementes befestigt ist und dabei an der Boden fläche der wärmeerzeugenden Einheit wie etwa eines Multi chip-Moduls unterstützt ist. Bei Verwendung dieser Klemm einrichtung ist es möglich, ein hochleistungsfähiges Kühlelement an einer wärmeerzeugenden Einheit wie etwa einem Multichip-Modul mit einem hohen Grad an Zuverläs sigkeit anzubringen und dabei Anbringungsraum zu sparen. Außerdem verhindert das L-förmige Klemmelement wirksam, daß das Kühlungsfluid aus dem Schlitz im Kühlelement aus strömt.In another embodiment of the present invention manure includes a clamp by force adjustable leaf spring made by the in the cooling element formed slot is added, as well as an L-shaped Clamping element that is combined with the leaf spring where with the L-shaped clamping element on both side surfaces of the cooling element is attached and to the floor area of the heat generating unit such as a multi chip module is supported. When using this clamp it is possible to set up a high performance Cooling element on a heat generating unit such as a multichip module with a high degree of reliability liquid and save installation space. In addition, the L-shaped clamping element effectively prevents that the cooling fluid from the slot in the cooling element flows.
Die Kühlungseinrichtung der vorliegenden Erfindung kann außerdem so beschaffen sein, daß das Kühlelement und die Düse für die Zuführung von Kühlungsfluid zum Kühlelement nicht einteilig miteinander verbunden sind, sondern daß die Düse in eine im oberen Ende des Kühlelementes ausge bildete Düseneinschuböffnung unter Einfügung eines wei chen Dämpfungselementes eingeschoben ist, wobei die Düse mit dem Kühlelement ohne mechanische Belastung des elek trischen Anschlusses mit der wärmeerzeugenden Einheit wie etwa einem Multichip-Modul verbunden ist und wobei der Verlust des Kühlungsfluids zum Verschwinden gebracht wird.The cooling device of the present invention can also be such that the cooling element and Nozzle for supplying cooling fluid to the cooling element are not connected in one piece, but that the nozzle into one in the upper end of the cooling element formed nozzle insertion opening with the insertion of a white Chen damping element is inserted, the nozzle with the cooling element without mechanical stress on the elec trical connection with the heat generating unit such as about a multichip module is connected and the Loss of cooling fluid disappeared becomes.
Somit ist gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung im mittigen Bereich eines eine wärmeerzeugende Einheit kühlenden Kühlelementes ein vertikaler Schlitz ausgebildet, der sich vom oberen Ende zum unteren Ende oder in die Nähe des unteren Endes der Kühlrippen des Kühlelementes erstreckt. Wenn das Kühlungsfluid in das Kühlelement von dessen Oberseite eingeleitet wird, trifft derjenige Anteil des Kühlungsfluids, der in den Schlitz eintritt, auf einen kleineren Widerstand als der verblei bende Anteil des Kühlungsfluids, der sich durch die Spal ten zwischen den Kühlrippen bewegt. Folglich kann der in den Schlitz eintretende Anteil des Kühlungsfluids den Kühlrippen-Bodenbereich auf dem mittleren Abschnitt der wärmeerzeugenden Einheit direkt und ohne wesentliche Ver ringerung seiner Geschwindigkeit erreichen. Außerdem zeigt dieser Anteil des Kühlungsfluids einen wesentlichen Temperaturanstieg, weil er sich nicht durch die Räume zwischen den Kühlrippen bewegt. Somit kann der Kühlrip pen-Bodenbereich im Mittelabschnitt der wärmeerzeugenden Einheit das Kühlungsfluid von niedriger Temperatur empfangen. Es ist daher möglich, die Kühlungswirkung im Bereich in der Nähe der Mitte der wärmeerzeugenden Ein heit lokal zu erhöhen. Somit ist es auch möglich, eine gleichmäßige Temperaturverteilung über der gesamten wär meerzeugenden Einheit wie etwa einen LSI-Modul zu erhal ten und dabei die wärmeerzeugende Einheit wirksam zu küh len. Somit macht es die vorliegende Erfindung möglich, unter Verwendung eines Kühlungsfluids wie etwa Luft, die einfacher verfügbar ist als etwa Wasser oder ein anderes spezielles Kühlungsmedium, viele LSI-Chips in einem Mul tichip-Modul gleichmäßig zu kühlen, wobei in dem Multi chip-Modul viele LSI-Schaltungen, die jeweils eine große Wärmemenge erzeugen, mit hoher Dichte angeordnet sind, so daß erfindungsgemäß die derzeitige Forderung einer hohen Verarbeitungsgeschwindkeit eines Computers erfüllt werden kann.Thus, according to the second aspect, the present Invention in the middle of a heat generating Unit cooling cooling element has a vertical slot formed from the top to the bottom or near the bottom of the cooling fins of the Cooling element extends. If the cooling fluid in the Cooling element is introduced from the top, hits that portion of the cooling fluid that is in the slot resistance is less than the lead portion of the cooling fluid that flows through the spal moved between the cooling fins. Consequently, the in portion of the cooling fluid entering the slot Cooling fins bottom area on the middle section of the heat generating unit directly and without significant Ver speed reduction. Furthermore this portion of the cooling fluid shows an essential Temperature rise because it does not go through the rooms moved between the cooling fins. Thus, the cooling rib pen floor area in the middle section of the heat-generating Unit the cooling fluid of low temperature receive. It is therefore possible to reduce the cooling effect in the Area near the center of the heat generating A increase locally. So it is also possible to get a even temperature distribution over the entire area sea-generating unit such as an LSI module and effectively cooling the heat generating unit len. Thus, the present invention makes it possible using a cooling fluid such as air that is more readily available than water or another special cooling medium, many LSI chips in one Mul tichip module to cool evenly, whereby in the Multi chip module many LSI circuits, each a large one Generate heat, are arranged with high density, so that according to the present invention the current requirement of a high Processing speed of a computer can be met can.
Gemäß der Erfindung kann die Kühleinrichtung wenigstens einen Satz von im Kühlelement vorgesehenen Strömungsfüh rungselementen verwenden, so daß das von der Oberseite des Kühlelementes zugeführte Kühlungsmedium genau und konzentrisch an die Kühlrippen-Fußbereiche im mittleren Abschnitt der wärmeerzeugenden Einheit geführt wird, wo die erzeugte Wärme und folglich die Kühlungsanforderung am größten sind. Es ist daher möglich, die Kühlrippen- Fußbereiche in einem solchen mittigen Abschnitt der wär meerzeugenden Einheit konzentrisch zu kühlen. Durch eine geeignete Bestimmung der Positionen der Strömungsfüh rungselemente gemäß der Wärmeerzeugungsratenverteilung über der wärmeerzeugenden Einheit können ein größerer Grad von Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung und daher eine höhere Kühlungswirkung erhalten werden.According to the invention, the cooling device can at least a set of flow guides provided in the cooling element Use elements such that the top of the cooling element supplied cooling medium exactly and concentric with the cooling fins in the middle Section of the heat generating unit is led where the heat generated and consequently the cooling requirement are greatest. It is therefore possible to Foot areas in such a central section of the concentrically cooling the sea-generating unit. By a appropriate determination of the positions of the flow guide elements according to the heat generation rate distribution over the heat generating unit can be a larger one Degree of uniformity in temperature distribution and therefore a higher cooling effect can be obtained.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung das hochlei stungsfähige Kühlelement mit Schlitz an der wärmeerzeu genden Einheit wie etwa einem Multichip-Modul sicher befestigt, ohne die Kühlungsleistung des Kühlelementes negativ zu beeinflussen. Diese Befestigung wird durch eine Klemmeinrichtung bewerkstelligt, die aus einer vom Schlitz aufgenommen Blattfeder sowie aus einem L-förmigen Klemmelement zusammengesetzt ist, das an der Bodenfläche der wärmeerzeugenden Einheit unterstützt ist. Das L-för mige Klemmelement bietet einen wirksamen Schutz davor, daß das Kühlungsmedium in die Umgebung des Schlitzes ver teilt wird, so daß jegliche Verringerung der Kühlungslei stung vermieden wird.Furthermore, according to the present invention, the superlative Stable cooling element with a slot on the heat generator unit such as a multichip module attached without the cooling performance of the cooling element to affect negatively. This attachment is made by accomplished a clamping device, which consists of a from Slotted leaf spring and made from an L-shaped Clamping element is composed that on the floor surface the heat generating unit is supported. The L-för mige clamping element offers effective protection against that the cooling medium ver in the vicinity of the slot is divided so that any reduction in the cooling capacity is avoided.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Neben- und Unteransprüchen angegeben, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen.Other objects, features and advantages of the invention are specified in the sub-claims and sub-claims refer to preferred embodiments of the present Relate invention.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus führungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläu tert; es zeigen: The invention is based on preferred Aus leadership forms with reference to the drawings tert; show it:
Fig. 1 eine horizontale Schnittansicht einer Ausfüh rungsform eines elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung; FIG. 1 is a horizontal sectional view of one embodiment of an electronic device according to the first aspect of the present invention;
Fig. 2 einen Frontaufriß der Ausführungsform von Fig. 1; Figure 2 is a front elevation of the embodiment of Figure 1;
Fig. 3 einen Seitenaufriß eines Teils der Ausfüh rungsform von Fig. 1; Fig. 3 is a side elevation of part of the embodiment of Fig. 1;
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, wobei insbesondere ein Kühlelement in größerem Maßstab gezeigt ist; FIG. 4 is an enlarged view of the embodiment shown in FIG. 1, a cooling element in particular being shown on a larger scale;
Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Ebene, die zu der Ebene von Fig. 4 senkrecht ist; Fig. 5 is a sectional view taken along the plane perpendicular to the plane of Fig. 4;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines in der Ausführungsform von Fig. 1 eingebauten Kühl elementes; Fig. 6 is a perspective view of a cooling element installed in the embodiment of Fig. 1;
Fig. 7 eine diagrammartige Darstellung der optimalen Breite einer in der Ausführungsform von Fig. 1 eingebauten Düse; Fig. 7 is a diagrammatic illustration of the optimal width of a nozzle installed in the embodiment of Fig. 1;
Fig. 8 einen Frontaufriß einer weiteren Ausführungs form des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung; Fig. 8 is a front elevational view of a further form of execution of the electronic device according to the first aspect of the present invention;
Fig. 9 einen Seitenaufriß der Ausführungsform von Fig. 8; Figure 9 is a side elevation of the embodiment of Figure 8;
Fig. 10 einen Frontaufriß einer weiteren Ausführungs form des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung; FIG. 10 is a front elevational view of a further form of execution of the electronic device according to the first aspect of the present invention;
Fig. 11 eine horizontale Schnittansicht der Ausfüh rungsform von Fig. 10; FIG. 11 is a horizontal sectional view of the Implementing approximate shape of Fig. 10;
Fig. 12 einen Seitenaufriß der Ausführungsform von Fig. 10; Fig. 12 is a side elevation of the embodiment of Fig. 10;
Fig. 13 eine Darstellung einer abgewandelten Ausfüh rungsform, in der ein Kühlelement mit anderer Form in größerem Maßstab gezeigt ist; Fig. 13 is an illustration of a modified Ausfüh approximate shape, in which a cooling element with a different shape is shown on a larger scale;
Fig. 14 eine horizontale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung; FIG. 14 is a horizontal sectional view of another embodiment of the electronic device according to the first aspect of the present invention;
Fig. 15 eine Darstellung einer anderen Ausführungs form des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die eine unterschiedliche Kammer-Düsen-Struktur besitzt; FIG. 15 is an illustration of another execution form of the electronic device according to the first aspect of the present invention, a different chamber nozzle structure has;
Fig. 16 eine horizontale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung; FIG. 16 is a horizontal sectional view of another embodiment of the electronic device according to the first aspect of the present invention;
Fig. 17 einen Frontaufriß der Ausführungsform von Fig. 16; Figure 17 is a front elevation of the embodiment of Figure 16;
Fig. 18 einen Frontaufriß einer anderen Ausführungs form des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung; FIG. 18 is a front elevational view of another execution form of the electronic device according to the first aspect of the present invention;
Fig. 19 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, in der insbesondere eine andere Form des Kühlelementes dargestellt ist; . 19 of the electronic device is shown according to the first aspect of the present invention, in particular a different shape of the cooling element is a perspective view of another embodiment;
Fig. 20 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, in der insbesondere das Konstruk tionsverfahren eines Düsenkanalsystems und einer Kammer gezeigt sind; FIG. 20 is a perspective view of another embodiment of the electronic equipment are shown according to the first aspect of the present invention, in particular the constructive extraction process of a nozzle channel system and a chamber;
Fig. 21 eine Darstellung eines Düsenkanalsystems bei Betrachtung aus drei zueinander senkrechten Richtungen; FIG. 21 is an illustration of a nozzle channel system when viewed from three mutually perpendicular directions;
Fig. 22 eine teilweise im Schnitt dargestellte per spektivische Ansicht einer Ausführungsform der Kühleinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung; Figure 22 is a partially an embodiment of the cooling device represented by-perspective view of the second aspect of the present invention in section.
Fig. 23 eine Schnittansicht der in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform, die einen kritischen Teil der Ausführungsform veranschaulicht; Fig. 23 is a sectional view of the embodiment shown in Fig. 22, illustrating a critical part of the embodiment;
Fig. 24 eine Schnittansicht einer abgewandelten Aus führungsform, die einen kritischen Teil der selben zeigt; Fig. 24 is a sectional view of a modified form from showing a critical part of the same;
Fig. 25 eine Schnittansicht einer weiteren abgewan delten Ausführungsform, die einen kritischen Teil derselben zeigt; FIG. 25 is a sectional view of another abgewan punched embodiment, showing a critical part of the same;
Fig. 26 eine Schnittansicht einer weiteren abgewan delten Ausführungsform, die einen kritischen Teil derselben zeigt; Fig. 26 is a sectional view of another modified embodiment showing a critical part thereof;
Fig. 27 eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh rungsform der Kühleinrichtung gemäß dem zwei ten Aspekt der vorliegenden Erfindung, in der insbesondere ein kritischer Teil derselben gezeigt ist; Fig. 27 is a sectional view of another exporting approximate shape of the cooling device according to the two-th aspect of the present invention, in particular a critical portion of which is shown;
Fig. 28 eine Schnittansicht einer Abwandlung der Aus führungsform von Fig. 27; Fig. 28 is a sectional view of a modification of the embodiment of Fig. 27;
Fig. 29 eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform der Kühleinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung; Fig. 29 is a plan view of another embodiment of the cooling device according to the second aspect of the present invention;
Fig. 30 einen Seitenausriß der Ausführungsform von Fig. 29; Fig. 30 is a side elevation of the embodiment of Fig. 29;
Fig. 31 die bereits erwähnte horizontale Schnittan sicht eines herkömmlichen elektronischen Gerätes; Fig. 31 is the already mentioned horizontal sectional view of a conventional electronic device;
Fig. 32 den bereits erwähnten Frontaufriß eines kri tischen Teils des herkömmlichen elektroni schen Geräts von Fig. 31; Fig. 32 is the front elevation of a critical part of the conventional electronic device of Fig. 31, mentioned above;
Fig. 33A, B die bereits erwähnte perspektivische Ansicht und die bereits erwähnte Schnittansicht eines kritischen Teils einer bekannten Kühleinrich tung; und Fig. 33A, B, the aforementioned perspective view and the sectional view of a critical part of a known Kühleinrich device; and
Fig. 34A, B die bereits erwähnte perspektivische Ansicht bzw. die bereits erwähnte Schnittansicht eines kritischen Teils einer weiteren bekann ten Kühleinrichtung. FIG. 34A, B the aforementioned perspective view and the previously mentioned sectional view of a critical portion of another well-th cooling device.
Zunächst wird mit Bezug auf die Fig. 1 bis 7 eine erste Ausführungsform des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben.First, a first embodiment of the electronic device according to the first aspect of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
Fig. 1 ist eine horizontale Schnittansicht der ersten Ausführungsform des elektronischen Gerätes. Eine Platte 20 wie etwa eine gedruckte Leiterplatte oder eine Kera mikplatte trägt mehrere wärmeerzeugende Halbleiterbauele mente 21, typischerweise elektronische Schaltungsmodule mit einer oder mehreren LSI-Schaltungen, die dicht, d. h. in großer Nähe nebeneinander angeordnet sind. Jedes Halb leiterbauelement 21 ist an seiner Oberseite mit Kühlele menten 22 versehen, die Wärme vom Halbleiterbauelement 21 effektiv an die Kühlungsluft übertragen. Das Kühlelement 22 enthält beispielsweise mehrere flächige Kühlrippen, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die zwischen benachbarten Kühlrippen definierten Räume die Richtungen der Strömung und der Abführung der Kühlungsluft bestim men. Vorzugsweise ist das Kühlelement aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie etwa Kupfer, Aluminium oder wärmeleitenden Keramiken hergestellt. Fig. 1 is a horizontal sectional view of the first embodiment of the electronic device. A plate 20 such as a printed circuit board or a ceramic plate carries a plurality of heat-generating semiconductor components 21 , typically electronic circuit modules with one or more LSI circuits, which are arranged close to one another in close proximity. Each semiconductor component 21 is provided on its top with Kühlele elements 22 that effectively transfer heat from the semiconductor device 21 to the cooling air. The cooling element 22 contains, for example, a plurality of flat cooling fins which are arranged next to one another, the spaces defined between adjacent cooling fins determining the directions of the flow and the removal of the cooling air. The cooling element is preferably made of a material with high thermal conductivity, such as copper, aluminum or heat-conducting ceramics.
Das Kühlelement ist mit dem zugehörigen Halbleiterbauele ment über eine wärmeleitende Verbindung, beispielsweise mittels eines wärmeleitenden Fettes, einer wärmeleitenden Folie oder eines wärmeleitenden Klebstoffs, verbunden. Eine Düse 23 ist mit derjenigen Seite eines jeden Kühl elementes 22 dicht verbunden, die der Leiterplatte entge gengesetzt ist, d. h. mit der oberen Fläche des Kühlele mentes 22 bei Betrachtung in Fig. 1, so daß Kühlungsluft in das Kühlelement 22 ohne jeglichen Verlust zugeführt werden kann. Somit besitzt das elektronische Gerät meh rere solche Düsen 23, die mit einer gemeinsamen Kammer 24 in Verbindung stehen, die die Luft von einer Luftbe schickungseinrichtung wie etwa einem (nicht gezeigten) Gebläse an diese Düsen 23 verteilt. Die Kühlungsluft 25 wird vom Gebläse in die Kammer 24 in der Richtung zuge führt, die durch die Markierung ⊗ bezeichnet ist, d. h., daß die Luft in der zur Zeichenebene in Fig. 1 senkrech ten Richtung in diese Ebene hineinströmt. Die Luftströ mung 25 wird anschließend in Anteile 26 unterteilt, die den jeweiligen Düsen 23 und dann den Kühlelementen 22 zugeführt werden, so daß sie durch diese hindurch strö men, wie durch die Pfeile 27 angedeutet ist. Die auf diese Weise in das Kühlelement 22 eingeleitete Kühlungs luft trifft auf die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemen te auf und wird seitwärts in die Abführungsräume 36 bei derseits des Halbleiterbauelementes 21 abgelenkt. Die Luft nach der Kühlung, die von den Kühlelementen abge führt wird, wird nacheinander vermischt und bildet eine Abführungsluftströmung 28, die zum Auslaß gerichtet ist.The cooling element is connected to the associated semiconductor component via a thermally conductive connection, for example by means of a thermally conductive grease, a thermally conductive film or a thermally conductive adhesive. A nozzle 23 is tightly connected to that side of each cooling element 22 which is oppositely opposed to the circuit board, ie with the upper surface of the cooling element 22 when viewed in FIG. 1, so that cooling air is supplied into the cooling element 22 without any loss can. Thus, the electronic device has a plurality of such nozzles 23 which communicate with a common chamber 24 which distributes the air from an air supply device such as a blower (not shown) to these nozzles 23 . The cooling air 25 is fed by the blower into the chamber 24 in the direction indicated by the mark ⊗, that is to say that the air flows into the plane in the direction perpendicular to the drawing plane in FIG. 1. The air flow 25 is then divided into portions 26 , which are fed to the respective nozzles 23 and then the cooling elements 22 , so that they flow through them, as indicated by the arrows 27 . The cooling air introduced in this way into the cooling element 22 strikes the heat-generating semiconductor components and is deflected sideways into the discharge spaces 36 on the other side of the semiconductor component 21 . The air after cooling, which is led by the cooling elements, is mixed in succession and forms an exhaust air flow 28 , which is directed to the outlet.
Fig. 2 ist ein Frontaufriß der Ausführungsform von Fig. 1. Die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente 21 und folglich die Kühlelemente 22 sind in Form einer Matrix aus Zeilen und Spalten dicht, d. h. in großer gegenseiti ger Nähe angeordnet. Die Strömung 27 der durch die Düse 23 zugeführten Kühlungsluft wird auf den mittigen Bereich des Kühlelementes 22 gerichtet und nach dem Auftreffen auf der Bodenplatte des Kühlelementes 22 in den Fig. 1 und 2 nach links und rechts abgelenkt, um aus dem Kühl element 22 abgeführt zu werden. Die Kühlelemente 22 sind so angeordnet, daß die Richtungen der Luftströmung 27 in diesen Kühlelementen 22 zueinander parallel sind. Fig. 2 is a front elevation of the embodiment of Fig. 1. The heat generating semiconductor devices 21 and consequently the cooling elements 22 are dense in the form of a matrix of rows and columns, that is arranged in great mutual proximity. The flow 27 of the cooling air supplied through the nozzle 23 is directed onto the central region of the cooling element 22 and, after striking the bottom plate of the cooling element 22 in FIGS. 1 and 2, is deflected to the left and right in order to be removed from the cooling element 22 become. The cooling elements 22 are arranged such that the directions of the air flow 27 in these cooling elements 22 are parallel to one another.
In der gezeigten Ausführungsform wird die Strömung der Kühlungsluft in jedem Kühlelement durch die flächigen Kühlrippen bestimmt. Daher sind die Kühlelemente in den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen so angeordnet, daß ihre Kühlrippen zueinander parallel verlaufen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Breite der Düse in y- Richtung, die senkrecht zur Luftströmung 27 im Kühlele ment 22 ist, größer als die Breite des Kühlelementes 22, während die Düsenbreite in x-Richtung, die parallel zu der Luftströmung 27 im Kühlelement 22 ist, kleiner als die Breite des Kühlelementes 22 ist. Die Anteile der aus den Kühlelementen austretenden Luft vereinigen sich nach einander zu einer konfluenten Strömung 28 einer Abfüh rungsluft, die anschließend durch den Abführungsraum 36 in die äußere Umgebung des Gehäuses abgeführt wird, wie durch das Bezugszeichen 30 angedeutet ist. Die Richtung der konfluenten Strömung 28 der Abführungsluft ist zur x- Richtung im wesentlichen senkrecht, in der die Kühlungs luft 27 während ihrer Abführung aus dem Kühlelement 22 strömt.In the embodiment shown, the flow of cooling air in each cooling element is determined by the flat cooling fins. The cooling elements are therefore arranged in the heat-generating semiconductor components in such a way that their cooling fins run parallel to one another. As is apparent from Fig. 2, the width of the nozzle in the y direction, the element perpendicular to the air flow 27 in the Kühlele 22 is greater than the width of the cooling element 22 while the die width in x-direction parallel to the air flow 27 in the cooling element 22 is smaller than the width of the cooling element 22 . The proportions of the air emerging from the cooling elements unite one after the other to form a confluent flow 28 of a discharge air, which is then discharged through the discharge space 36 into the outer environment of the housing, as indicated by the reference numeral 30 . The direction of the confluent flow 28 of the exhaust air is substantially perpendicular to the x direction in which the cooling air 27 flows from the cooling element 22 during its removal.
In der gezeigten Ausführungsform enthält eine Gruppe von wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen 21 zwanzig Halb leiterbauelemente, die in fünf Spalten mit jeweils vier solchen Bauelementen angeordnet sind. Diese Gruppe von wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen 21 ist von Trenn wänden 29 umgeben, die die Luft von den Kühlelementen 22 zu dem Abführungsauslaß führen, der mit dem Gehäuse des elektronischen Gerätes verbunden ist. Die Trennwände 29 dienen außerdem dazu, andere Komponenten des elektroni schen Gerätes gegenüber der warmen oder erwärmten Luft, die von den Kühlelementen 22 abgeführt wird, zu isolie ren. Wenn die Wärmungserzeugungsrate eines jeden wärmeer zeugenden Halbleiterbauelementes groß ist, besitzt die vom Kühlelement abgeführte Luft naturgemäß eine höhere Temperatur. Außerdem ist auch die Strömungsgeschwindig keit größer, weil die Luft an das wärmeerzeugende Halb leiterbauelement mit einer höheren Rate geliefert wird, um die Wärme entsprechend der größeren Wärmeerzeugungsra te abzuführen. Daher erhöht jeder Verlust der erwärmten Kühlungsluft in andere Bereiche des elektronischen Gerä tes unerwünscht die Temperaturen der anderen elektroni schen Komponenten, wodurch die Zuverlässigkeit des gesam ten Gerätes negativ beeinflußt wird. Somit bilden die Trennwände 29 eine wirksame Maßnahme für die Verbesserung der Zuverlässigkeit. Die Trennwände dienen außerdem dazu, daß verhindert wird, daß zu den anderen Komponenten des elektronischen Geräts Staub geblasen wird.In the embodiment shown, a group of heat-generating semiconductor components 21 contains twenty semiconductor components, which are arranged in five columns, each with four such components. This group of heat-generating semiconductor components 21 is surrounded by partitions 29 , which lead the air from the cooling elements 22 to the discharge outlet, which is connected to the housing of the electronic device. The partitions 29 also serve to isolate other components of the electronic device's from the warm or heated air discharged from the cooling elements 22. If the heat generation rate of each heat generating semiconductor component is large, the air discharged from the cooling element naturally has a higher temperature. In addition, the flow rate is also greater because the air is supplied to the heat-generating semiconductor device at a higher rate to dissipate the heat corresponding to the larger heat generation rate. Therefore, any loss of heated cooling air in other areas of the electronic device undesirably increases the temperatures of the other electronic components, thereby negatively affecting the reliability of the entire device. Thus, the partitions 29 are an effective measure for improving reliability. The partitions also serve to prevent dust from being blown to the other components of the electronic device.
Fig. 3 ist ein Seitenaufriß der Ausführungsform von Fig. 1 bei Betrachtung von rechts. Figure 3 is a side elevation of the embodiment of Figure 1 when viewed from the right.
Die gemeinsame Kammer 24 überdeckt die Düsen 23, durch die die Kühlungsluft an die jeweiligen Kühlelemente 22 zugeführt wird. Ein Gebläsekasten 31, der ein Gebläse 32 enthält, ist mit der Kammer 24 verbunden. Wie durch den Pfeil 33 angedeutet, wird Luft durch das Gebläse 32 durch einen Luftfilter 34 angesaugt, durch das Gebläse mit Druck beaufschlagt und durch eine Strömungsausrichtplatte 35, die dazu dient, eine gleichmäßige Strömungsgeschwin digkeitsverteilung im Querschnitt des zur Kammer 24 füh renden Luftkanalsystems zu schaffen, in die Kammer 24 geleitet. Die in die Kammer 24 eingeleitete Luft wird dann in Anteile 37 abgelenkt, die in die jeweiligen Düsen 23 eingeleitet werden und dadurch die Kühlelemente 22 kühlen. Die in die Kühlelemente 22 eingeleitete Luft wird abgelenkt und strömt dann in die Abführungsräume, die zwischen benachbarten Düsen definiert sind, um sich mit den Anteilen der Luft von den stromaufseitigen und stromabseitigen Kühlelementen 22 zu vereinigen und eine konfluente Strömung 28 zu bilden, die anschließend aus dem elektronischen Gerät abgeführt wird, wie durch den Pfeil 30 angedeutet ist.The common chamber 24 covers the nozzles 23 through which the cooling air is supplied to the respective cooling elements 22 . A blower box 31 containing a blower 32 is connected to the chamber 24 . As indicated by the arrow 33 , air is drawn in by the blower 32 through an air filter 34 , pressurized by the blower and by a flow alignment plate 35 which serves to create a uniform flow velocity distribution in the cross section of the air duct system leading to the chamber 24 , passed into the chamber 24 . The air introduced into the chamber 24 is then deflected into portions 37 which are introduced into the respective nozzles 23 and thereby cool the cooling elements 22 . The air introduced into the cooling elements 22 is deflected and then flows into the discharge spaces defined between adjacent nozzles to combine with the portions of the air from the upstream and downstream cooling elements 22 and to form a confluent flow 28 which then exits the electronic device is discharged, as indicated by arrow 30 .
Somit vereinigen sich in der gezeigten Ausführungsform die von einer Mehrzahl von Kühlelementen abgeführten Anteile der Kühlungsluft und bilden eine konfluente Strö mung 28, deren Hauptteil längs einer Endfläche des Kühl elementes 22 strömt, die sich senkrecht (in y-Richtung) zur Düse 23, d. h. zu den oberen Endflächen der Kühlrippen und längs den die Düsen definierenden Wänden erstreckt. Das bedeutet, daß die den Hauptteil der konfluenten Strö mung 28 bildende Luft längs der zwischen benachbarten Düsen 23 definierten Abführungsräume 36 strömt und durch diese abgeführt wird. Folglich können die wärmeerzeugen den Halbleiterbauelemente in einer Ebene auf der Platte mit sehr hoher Dichte angeordnet werden. Eine solche dichte Anordnung der wärmeerzeugenden Halbleiterbauele mente erschwert die Beibehaltung von großen Räumen zwi schen benachbarten wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemen ten oder Kühlelementen, die der Abführung der Kühlungs luft nach der Kühlung dienen. In der gezeigten Ausfüh rungsform ist es jedoch möglich, die Abführungsräume 36 von ausreichender Größe beizubehalten, so daß die Küh lungsluft gleichmäßig zwischen den benachbarten Düsen 23 geleitet und abgeführt werden kann.Thus, in the embodiment shown, the portions of the cooling air discharged from a plurality of cooling elements unite and form a confluent flow 28 , the main part of which flows along an end face of the cooling element 22 , which extends perpendicularly (in the y direction) to the nozzle 23 , ie extends to the upper end faces of the cooling fins and along the walls defining the nozzles. This means that the main part of the confluent flow 28 forming air flows along the discharge spaces 36 defined between adjacent nozzles 23 and is discharged through them. As a result, the heat-generating semiconductor devices can be arranged in one plane on the very high density plate. Such a dense arrangement of heat-generating semiconductor components complicates the maintenance of large spaces between adjacent heat-generating semiconductor components or cooling elements that serve to remove the cooling air after cooling. In the embodiment shown, however, it is possible to maintain the evacuation spaces 36 of sufficient size so that the cooling air can be evenly conducted and discharged between the adjacent nozzles 23 .
Somit wird in der gezeigten Ausführungsform der Hauptteil der die konfluente Strömung 28 bildenden Strömung durch den Abführungsraum 36 mit großem Querschnitt abgeführt, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der konfluenten Strö mung 28 entsprechend abnimmt. Folglich wird der Strö mungswiderstand der abzuführenden Luft reduziert, was eine Verbesserung hinsichtlich der Kühlungsleistung des Kühlelementes und eine Reduzierung des Geräuschpegels ermöglicht. In der herkömmlichen Kühlungsanordnung ist die Zufuhr der Kühlungsluft an die vom Abführungsauslaß entfernten Kühlelemente wegen des großen Abstandes zwi schen den Kühlelementen und dem Auslaß oftmals unzurei chend. In der erläuterten Ausführungsform ist dieses Pro blem jedoch ebenfalls beseitigt, weil die Kühlungsluft kraft des reduzierten Strömungswiderstandes, auf den die abzuführende Luftströmung auftrifft, an die vom Abfüh rungsauslaß entfernten Kühlelemente gut verteilt werden kann. Folglich werden über sämtlichen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen des elektronischen Geräts eine gleichmäßigere Verteilung der Kühlungsluft-Strömungsrate und im Ergebnis eine gleichmäßigere Temperaturverteilung erzielt.Thus, in the embodiment shown, the main part of the flow forming the confluent flow 28 is discharged through the discharge space 36 with a large cross section, so that the flow velocity of the confluent flow 28 decreases accordingly. As a result, the flow resistance of the air to be discharged is reduced, which enables an improvement in the cooling performance of the cooling element and a reduction in the noise level. In the conventional cooling arrangement, the supply of cooling air to the cooling elements removed from the discharge outlet is often insufficient because of the large distance between the cooling elements and the outlet. In the illustrated embodiment, however, this problem is also eliminated because the cooling air can be distributed evenly to the cooling elements removed from the discharge outlet due to the reduced flow resistance to which the air flow to be discharged impinges. As a result, a more uniform distribution of the cooling air flow rate and, as a result, a more uniform temperature distribution are achieved over all heat-generating semiconductor components of the electronic device.
Die Erzeugung von Wärme findet auch dann statt, wenn jedes wärmeerzeugende Halbleiterbauelement 21 viel Wärme erzeugt, selbst wenn die Montagedichte der wärmeerzeugen den Halbleiterbauelemente nicht so groß ist. In der gezeigten Ausführungsform wird diese Entwicklung jedoch in hohem Maß unterdrückt, weil sowohl die zwischen benachbarten Kühlelementen gebildeten Räume als auch die durch die oberen Endflächen der Kühlelemente und der Düsenwände gebildeten Abführungsräume 36 als Durchlaß für die Abführung der erwärmten Kühlungsluft zur Verfügung stehen. Folglich ist der Widerstand, auf den die Strömung der abzuführenden Luft auftrifft, reduziert, so daß die Strömungsrate der Kühlungsluft erhöht werden kann und eine verbesserte Kühlungsleistung der Kühlelemente sowie eine Reduzierung des Geräuschpegels erzielt werden.The generation of heat also takes place when each heat-generating semiconductor device 21 generates a lot of heat, even if the mounting density of the heat-generating semiconductor devices is not so large. In the embodiment shown, however, this development is largely suppressed because both the spaces formed between adjacent cooling elements and the discharge spaces 36 formed by the upper end faces of the cooling elements and the nozzle walls are available as a passage for the discharge of the heated cooling air. As a result, the resistance to the flow of the air to be discharged is reduced, so that the flow rate of the cooling air can be increased and an improved cooling performance of the cooling elements and a reduction in the noise level can be achieved.
Da ferner die den Hauptteil der konfluenten Strömung 28 bildende Luft längs der Abführungsräume 36 strömt, die zwischen benachbarten Düsen gebildet sind, kann nur ein kleiner Teil der erwärmten Luft von den stromaufseitigen Halbleiterbauelementen auf die stromabseitigen Halblei terbauelemente bei Betrachtung in Strömungsrichtung der abzuführenden Luft auftreffen, so daß jegliche Verringe rung der Kühlungswirkung bei den stromabseitigen Halblei terbauelementen, die bisher durch den Kontakt der erwärm ten Luft mit den stromabseitigen Halbleiterbauelementen verursacht worden ist, ausreichend unterdrückt werden kann.Furthermore, since the air forming the main part of the confluent flow 28 flows along the discharge spaces 36 formed between adjacent nozzles, only a small part of the heated air from the upstream semiconductor components can strike the downstream semiconductor components when viewed in the flow direction of the air to be discharged, so that any reduction of the cooling effect in the downstream semiconductor components, which has previously been caused by the contact of the heated air with the downstream semiconductor components, can be sufficiently suppressed.
In Fig. 3 ist das elektronische Gerät so angeordnet, daß sich die Leiterplatte 20 im wesentlichen vertikal erstreckt und die Kühlungsluft dazu veranlaßt wird, von der Unterseite zur Oberseite zu strömen. Offensichtlich kann das elektronische Gerät jedoch auch so angeordnet sein, daß sich die Leiterplatte 20 horizontal erstreckt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.In Fig. 3, the electronic device is arranged so that the circuit board 20 extends substantially vertically and the cooling air is caused to flow from the bottom to the top. Obviously, however, the electronic device can also be arranged such that the printed circuit board 20 extends horizontally, as shown in FIG. 1.
In der gezeigten Ausführungsform ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, der Zwischenraum zwischen benachbarten Düsen 23 in x-Richtung, die mit der Richtung der Strömung und der Abführung der Kühlungsluft in den Kühlelementen 22 übereinstimmt, größer als in y-Richtung, die zur x-Rich tung senkrecht ist. Folglich strömt der Hauptteil der konfluenten Strömung 28 der Luft nach der Kühlung natur gemäß durch den zwischen den benachbarten Düsen 23 gebil deten Raum in x-Richtung und weniger durch den zwischen benachbarten Düsen 23 gebildeten Raum in y-Richtung. Daher ist die Richtung der konfluenten Strömung 28 der Kühlungsluft durch die Struktur der Kühlelemente oder durch die Konstruktion der Kanalsysteme und Düsen bestimmt, was den Entwurf der Kühlungsluft-Kanäle vor teilhaft erleichtert.In the embodiment shown, as shown in FIG. 2, the space between adjacent nozzles 23 in the x direction, which corresponds to the direction of flow and the discharge of the cooling air in the cooling elements 22 , is larger than in the y direction, which is perpendicular to the x direction. Consequently, the main part of the confluent flow 28 of the air naturally flows after cooling through the space formed between the adjacent nozzles 23 in the x direction and less through the space formed between adjacent nozzles 23 in the y direction. Therefore, the direction of the confluent flow 28 of the cooling air is determined by the structure of the cooling elements or by the construction of the duct systems and nozzles, which partially facilitates the design of the cooling air ducts.
In der gezeigten Ausführungsform wird die vom Gebläse 32 zugeführte Kühlungsluft in der Kammer 24 um 90° abge lenkt, bevor sie in die Anteile 37 aufgeteilt wird, die in die jeweiligen Düsen 23 strömen. Ferner wird die Strö mung der Kühlungsluft in jedem der Kühlelemente um im wesentlichen 180° in den Abführungsraum 36 umgelenkt. Die Luftströmung wird anschließend im Abführungsraum 36 erneut um 90° abgelenkt, woraufhin sich die Anteile die ser Luftströmungen aus den jeweiligen Kühlelementen nach einander vereinigen und die konfluente Luftströmung 28 bilden. Somit wird die Strömung der Kühlungsluft wieder holt abgelenkt, so daß das Geräusch, das durch das Geblä se erzeugt wird, und das Geräusch, das durch die Strömung der Luft durch die Kühlelemente und durch die Räume erzeugt wird, im Abführungsraum absorbiert werden, ohne in die Umgebung des Gehäuses ausgegeben zu werden. Es ist somit möglich, ein elektronisches Gerät zu erhalten, das mit geringerem Geräuschpegel arbeitet.In the embodiment shown, the cooling air supplied by the blower 32 is deflected by 90 ° in the chamber 24 before it is divided into the portions 37 that flow into the respective nozzles 23 . Furthermore, the flow of the cooling air in each of the cooling elements is deflected by essentially 180 ° into the discharge space 36 . The air flow is then deflected again in the discharge space 36 by 90 °, whereupon the proportions of these air flows from the respective cooling elements unite one after the other and form the confluent air flow 28 . Thus, the flow of the cooling air is repeatedly deflected so that the noise generated by the blower and the noise generated by the flow of air through the cooling elements and through the rooms are absorbed in the exhaust space without in the environment of the housing to be output. It is thus possible to obtain an electronic device that operates with a lower noise level.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht des elektronischen Gerätes, die insbesondere einen Bereich um das Kühlele ment 22 bei Betrachtung in y-Richtung zeigt, welche zur Richtung der Strömung und der Abführung der Luft im Kühl element senkrecht ist. Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht des elektronischen Gerätes, die insbesondere einen Bereich um das Kühlelement bei Betrachtung in x- Richtung zeigt, die zur Richtung der Strömung und Abfüh rung der Luft durch das Kühlelement parallel ist. Fig. 4 is an enlarged view of the electronic device, in particular an area around the Kühlele element 22 when viewed in the y direction, which is perpendicular to the direction of flow and the removal of air in the cooling element. Fig. 5 is an enlarged view of the electronic device, particularly showing an area around the cooling element when viewed in the x direction, which is parallel to the direction of flow and evacuation of the air through the cooling element.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die zwei benach barte Kühlelemente 22 zeigt. Fig. 6 is a perspective view showing two neigh disclosed cooling elements 22 .
Die vorliegende Ausführungsform wird nun mit Bezug auf diese Figuren weiter beschrieben. Das Kühlelement 22 ent hält eine Grundplatte 40 und Kühlrippen 41, die mit der Grundplatte 40 in regelmäßigen Intervallen beispielsweise durch Löten, Hartlöten oder Verstemmen verbunden sind. Alternativ können die Kühlrippen 41 durch maschinelles Bearbeiten oder Extrudieren mit der Grundplatte 40 ein teilig ausgebildet sein.The present embodiment will now be further described with reference to these figures. The cooling element 22 includes a base plate 40 and cooling fins 41 , which are connected to the base plate 40 at regular intervals, for example by soldering, brazing or caulking. Alternatively, the cooling fins 41 can be formed in one piece by machining or extrusion with the base plate 40 .
Die Kühlungsluft 26 von der Düse tritt in die Räume zwi schen benachbarten Kühlrippen mit sehr hoher Geschwindig keit ein, um so die Strömung 27 zu bilden, die den Bereich in der Nähe der Grundplatte 40 erreicht. Dann tritt die Kühlungsluft in die zwischen benachbarten Kühl elementen definierten Räume ein. Die Anteile der Luft, die somit von den jeweiligen Kühlelementen einer Reihen anordnung ausgegeben werden, vereinigen sich nacheinander und bilden eine konfluente Luftströmung 43 durch die Abführungsräume 36, die zwischen benachbarten Düsen defi niert sind. Anschließend vereinigt sich die konfluente Strömung 43 mit der konfluenten Strömung 44 von den stromaufseitig angeordneten Kühlelementen und außerdem mit der konfluenten Strömung 44 von den stromabseitig angeordneten Kühlelementen der obenerwähnten Kühlelement- Reihenanordnung, um so in die äußere Umgebung des elek tronischen Gerätes abgeführt zu werden.The cooling air 26 from the nozzle enters the spaces between adjacent cooling fins at very high speed, so as to form the flow 27 that reaches the area near the base plate 40 . Then the cooling air enters the spaces defined between adjacent cooling elements. The proportions of air, which are thus output from the respective cooling elements of a row arrangement, combine in succession and form a confluent air flow 43 through the discharge spaces 36 , which are defined between adjacent nozzles. Then the confluent flow 43 merges with the confluent flow 44 from the upstream cooling elements and also with the confluent flow 44 from the downstream cooling elements of the above-mentioned cooling element row arrangement so as to be discharged into the external environment of the electronic device.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Breite der Düse 23 gemes sen in y-Richtung senkrecht zur Richtung der Strömung 27 der Luft im Kühlelement 22 so festgelegt, daß sie gleich oder größer als die Breite des Kühlelementes 22 gemessen in y-Richtung ist, weil andernfalls die Kühlrippen, die nicht von der Düse 23 bedeckt wären, keine Kühlungsluft empfangen könnten. Die Breite der Düse 23 gemessen in der zur Richtung der Luftströmung 27 im Kühlelement paralle len x-Richtung ist so festgelegt, daß sie kleiner als die Breite des Kühlelementes 22 gemessen in x-Richtung ist. Dieses Merkmal bietet die folgenden Vorteile: Erstens wird die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in der Düse aufgrund der Verringerung der Querschnittsfläche der Düse erhöht, so daß die Luft den Bereich um die Kühlrippen- Grundplatten erreichen kann, wo der Temperaturunterschied zwischen der Kühlungsluft und den Kühlrippen groß ist, wodurch die Wärmeaustauschwirkung gesteigert wird. Außer dem bildet die Luft von der verengten Düse einen Strahl, der dynamisch in die Räume zwischen den Kühlrippen strömt, um so die Wärmeübertragungsrate an die Luft zu verbessern. Auf diese Weise wird die Kühlungsleistung des Kühlelementes 22 gesteigert. Zweitens wird der Abstand zwischen benachbarten Düsen 23 in x-Richtung kraft der reduzierten Breite der Düse 23 in x-Richtung erhöht, wo durch eine größere Breite des zwischen benachbarten Düsen 23 gebildeten Abführungsraums 36 geschaffen wird, was zur Reduzierung des Strömungswiderstandes beiträgt, auf den die Strömung der abzuführenden Kühlungsluft auftrifft.As shown in Fig. 2, the width of the nozzle 23 is measured in the y-direction perpendicular to the direction of flow 27 of the air in the cooling element 22 so that it is equal to or larger than the width of the cooling element 22 measured in the y-direction , otherwise the cooling fins, which would not be covered by the nozzle 23 , could not receive cooling air. The width of the nozzle 23 measured in the x-direction parallel to the direction of the air flow 27 in the cooling element is set such that it is smaller than the width of the cooling element 22 measured in the x-direction. This feature offers the following advantages: First, the flow rate of the air in the nozzle is increased due to the reduction in the cross-sectional area of the nozzle, so that the air can reach the area around the cooling fin base plates where the temperature difference between the cooling air and the cooling fins is large , which increases the heat exchange effect. In addition, the air from the constricted nozzle forms a jet that flows dynamically into the spaces between the cooling fins to improve the rate of heat transfer to the air. In this way, the cooling performance of the cooling element 22 is increased. Secondly, the distance between adjacent nozzles 23 in the x-direction is increased by virtue of the reduced width of the nozzle 23 in the x-direction, where a greater width of the discharge space 36 formed between adjacent nozzles 23 creates what contributes to reducing the flow resistance to the the flow of the cooling air to be discharged hits.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist die Breite der Kühlrippen gemessen in x-Richtung kleiner als die Breite der Grund platte 40, so daß der Abstand zwischen den Abführungs- Endflächen 51 von benachbarten Kühlelementen 22 gemessen in der zur Richtung 27 der Strömung und der Abführung der Luft durch das Kühlelement 22 parallelen x-Richtung grö ßer ist als der Abstand zwischen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen 21 in derselben Richtung. Diese Anordnung reduziert wirksam den Widerstand, auf den die Luft von der Abführungsendfläche 21 eines jeden Kühlele mentes 22 auftrifft, wenn sich die Luft mit der Luft ver einigt, die von der gegenüberliegenden Abführungsendflä che 51 des benachbarten Kühlelementes 22 abgeführt wird. Dadurch ist eine gleichmäßige Einleitung der Luft nach der Kühlung in den Abführungsraum 36 sichergestellt.As is apparent from Fig. 4, the width of the cooling fins measured in the x direction is smaller than the width of the base plate 40 , so that the distance between the discharge end faces 51 of adjacent cooling elements 22 is measured in the direction of the flow 27 and the Air discharge through the cooling element 22 parallel x-direction is greater than the distance between the heat-generating semiconductor components 21 in the same direction. This arrangement effectively reduces the resistance to which the air from the discharge end surface 21 of each cooling element 22 strikes when the air combines with the air discharged from the opposite discharge end surface 51 of the adjacent cooling element 22 . This ensures a uniform introduction of the air into the discharge space 36 after cooling.
Wie bereits beschrieben worden ist, wird die Kühlungslei stung des Kühlelementes verbessert, wenn die Breite der Düse 23 gemessen in x-Richtung, die zur Richtung 27 der Strömung und der Abführung der Luft durch das Kühlelement 22 parallel ist, kleiner als die Breite des Kühlelementes festgelegt ist. Nun wird mit besonderer Bezugnahme auf Fig. 7 die Optimierung der Breite W der Düse in x-Rich tung im Verhältnis zur Breite L des Kühlelementes in x- Richtung beschrieben.As has already been described, the cooling element of the cooling element is improved if the width of the nozzle 23 measured in the x direction, which is parallel to the direction 27 of the flow and the discharge of air through the cooling element 22 , is smaller than the width of the cooling element is set. The optimization of the width W of the nozzle in the x direction in relation to the width L of the cooling element in the x direction will now be described with particular reference to FIG. 7.
In Fig. 7 ist auf der Abszissenachse das Verhältnis W/L zwischen der Düsenbreite W (mm) und der Kühlelementbreite L (mm) gemessen in der zur Richtung der Strömung der Luft im Kühlelement parallelen x-Richtung angetragen, während auf der Ordinatenachse ein dimensionsloser Wert angetra gen ist, der durch Division des Wärmewiderstandes Rh (° C/W) des Kühlelementes durch den Rh-Wert erhalten wird, der sich seinerseits ergibt, wenn das obenerwähnte Ver hältnis W/L den Wert 1,0 besitzt (W/L = 1,0). Die in Fig. 7 gezeigten Daten wurden durch eine Messung bei konstan ter Luftbeschickungsleistung erhalten. Wie aus dieser Figur hervorgeht, ist der Wärmewiderstand minimal, wenn das Verhältnis W/L ungefähr 0,5 beträgt. Daraus wird ver ständlich, daß die Leistung des Kühlelementes maximal ist, wenn die Düsenbreite auf einen Wert gesetzt ist, der im wesentlichen gleich dem halben Wert der Breite des Kühlelementes gemessen in x-Richtung ist.In FIG. 7, the ratio W / L between the nozzle width W (mm) and the cooling element width L (mm) measured in the x-direction parallel to the direction of the flow of air in the cooling element is plotted on the axis of abscissas, while a dimensionless one is plotted on the axis of ordinates Value is plotted, which is obtained by dividing the thermal resistance Rh (° C / W) of the cooling element by the Rh value, which in turn results when the above-mentioned ratio W / L is 1.0 (W / L = 1.0). The data shown in Fig. 7 were obtained by measurement at constant air feed performance. As can be seen from this figure, the thermal resistance is minimal when the W / L ratio is approximately 0.5. From this it is ver understandable that the performance of the cooling element is maximum when the nozzle width is set to a value which is substantially equal to half the value of the width of the cooling element measured in the x direction.
Nun wird mit Bezug auf die Fig. 8 und 9 eine zweite Aus führungsform des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Fig. 8 ist ein Frontaufriß der zweiten Ausführungsform, während die Fig. 9 ein Seitenaufriß derselben ist.A second embodiment of the electronic device according to the first aspect of the present invention will now be described with reference to FIGS. 8 and 9. Fig. 8 is a front elevation of the second embodiment, while Fig. 9 is a side elevation thereof.
Ein Rahmen trägt eine Grundplatte 20, eine Kammer 24, einen Gebläsekasten 31 und elektronische Teile 61, die von dem zu kühlenden elektronischen Gerät verschieden sind. Obwohl nicht gezeigt, sind am Rahmen 60 Außenplat ten angebracht, die ein Gehäuse bilden, so daß der Innen raum des Gehäuses gegenüber seiner äußeren Umgebung iso liert ist. Die Kühlungsluft wird von einem Bereich in der Nähe des Bodens eines Raums, wo die Lufttemperatur ver gleichsweise niedrig ist, eingeleitet. Wenn ein Unterbo den-Luftklimatisierungssystem verwendet wird, wird die klimatisierte Kühlungsluft vorzugsweise direkt aus dem Unterbodenraum eingeleitet. Somit wird die Luft vom Gebläse 32 in den Gebläsekasten 31 gesaugt und durch einen Filter 34 geschickt, um aus der Luft Staub zu ent fernen, der verschiedene Schwierigkeiten hervorrufen könnte, wenn er in das Gehäuse eingeleitet würde.A frame supports a base plate 20 , a chamber 24 , a blower box 31 and electronic parts 61 which are different from the electronic device to be cooled. Although not shown, 60 Außenplat th are attached to the frame, which form a housing, so that the inner space of the housing is isolated against its external environment. The cooling air is introduced from an area near the floor of a room where the air temperature is comparatively low. If an underfloor air conditioning system is used, the conditioned cooling air is preferably introduced directly from the underfloor space. Thus, the air from the blower 32 is drawn into the blower box 31 and passed through a filter 34 to remove dust from the air which could cause various difficulties if introduced into the housing.
Die durch das Gebläse 32 mit Druck beaufschlagte Luft wird nach dem Durchgang durch eine Strömungsausrichtplatte 35, die eine gleichmäßige Strö mungsgeschwindigkeitsverteilung über dem gesamten Quer schnitt der Luftkanalsysteme erzeugt, in die Kammer 24 geleitet. Die gesamte Innenfläche der Kammer 24 ist mit einem schallabsorbierenden Material 62 ausgekleidet. Dann wird die Kühlungsluft von der Düse 23 in jedes Kühlele ment 22 eingeleitet, so daß im Kühlelement 22 ein Wärme austausch zwischen der Kühlungsluft und den Kühlrippen stattfinden kann. Die Luft nach dem Wärmeaustausch bildet wie in der ersten Ausführungsform die konfluente Strömung 28, die zur Decke abgeführt wird. Somit sind in der zwei ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Luft einlaß, das Gebläse, das Kühlelement und der Abführungs auslaß in einer Linie angeordnet, die eine Strömung der Luft vom unteren Ende zum oberen Ende bewirken, so daß die Luftströmung im Gehäuse des elektronischen Gerätes geglättet wird. Dadurch wird die Kühlleistung verbessert, weil der Strömungswiderstand im elektronischen Gerät ver ringert ist und weil Kühlungsluft von geringer Temperatur verwendet wird. Die geglättete Strömung der Kühlungsluft senkt auch den Pegel des im Gehäuse erzeugten Geräusches ab.The air pressurized by the blower 32 is passed into the chamber 24 after passing through a flow alignment plate 35 which creates a uniform flow velocity distribution across the entire cross section of the air duct systems. The entire inner surface of the chamber 24 is lined with a sound absorbing material 62 . Then, the cooling air from the nozzle 23 is ment in each Kühlele 22 initiated so that heat exchange can take place between the cooling air and the cooling fins in the cooling element 22nd As in the first embodiment, the air after the heat exchange forms the confluent flow 28 which is discharged to the ceiling. Thus, in the two-th embodiment of the present invention, the air inlet, the blower, the cooling element and the exhaust outlet are arranged in a line, which causes a flow of the air from the lower end to the upper end, so that the air flow in the housing of the electronic device is smoothed. This improves the cooling performance because the flow resistance in the electronic device is reduced and because cooling air of low temperature is used. The smoothed flow of cooling air also lowers the level of noise generated in the case.
In den obenbeschriebenen ersten und zweiten Ausführungs formen sind die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente in Matrixform mit fünf Reihen in horizontaler Richtung und vier Reihen in vertikaler Richtung angeordnet. Offen sichtlich kann diese Anordnung so abgewandelt werden, daß die Matrix vier Reihen in horizontaler Richtung und fünf Reihen in vertikaler Richtung besitzt. Außerdem ist klar, daß jede Reihe der Matrixanordnung ein oder zwei wärmeer zeugende Halbleiterbauelemente weniger besitzen kann. Obwohl ferner die in den ersten und zweiten Ausführungs formen verwendeten Kühlelemente flächige Kühlrippen ver wenden, dient dies lediglich der Erläuterung, wobei die Erfindung unter Verwendung anderer geeigneter Typen von Kühlelementen verwirklicht werden kann, vorausgesetzt, daß das Kühlelement die Richtung der Strömung und der Abführung der Kühlungsluft bestimmen kann; so eignen sich beispielsweise Kühlelemente mit stiftähnlichen Wärmeab strahlungselementen.In the first and second embodiments described above shapes are the heat-generating semiconductor components in Matrix form with five rows in the horizontal direction and four rows arranged in the vertical direction. Open this arrangement can obviously be modified so that the matrix four rows in the horizontal direction and five Rows in the vertical direction. It's also clear that each row of the array is one or two warmer producing semiconductor devices can have less. Furthermore, although those in the first and second embodiments used cooling elements form flat cooling fins turn, this is only for explanation, the Invention using other suitable types of Cooling elements can be provided, provided that the cooling element the direction of flow and the Can determine the removal of cooling air; so are suitable For example, cooling elements with pin-like heat radiation elements.
Nun wird mit Bezug auf die Fig. 10 bis 12 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Konstruktion der dritten Ausführungsform ist ähnlich derjenigen der ersten Ausführungsform, die Positionen oder Richtungen der Düsen und Kühlelemente sind jedoch gegenüber der ersten Ausführungsform um 90° gedreht. Fig. 10 ist ein Frontaufriß, Fig. 11 ist eine horizontale Schnittansicht und Fig. 12 ist ein Seitenaufriß bei Betrachtung von rechts.A third embodiment of the present invention will now be described with reference to Figs . The construction of the third embodiment is similar to that of the first embodiment, but the positions or directions of the nozzles and cooling members are rotated 90 degrees from the first embodiment. Fig. 10 is a front elevation, Fig. 11 is a horizontal sectional view, and Fig. 12 is a side elevation when viewed from the right.
Mehrere wärmeerzeugende Halbleiterbauelemente 21 und folglich mehrere daran befestigte Kühlelemente 22 sind in einer matrixähnlichen Form in großer gegenseitiger Nähe wie in der ersten Ausführungsform so angeordnet, daß die Anteile der Luft von den jeweiligen Kühlelementen paral lel zueinander durch den Spalt zwischen benachbarten Kühlelementen 22 strömen. In diesem Fall sind jedoch die Düsen 23 so angeordnet, daß die konfluente Strömung 28 der von den Kühlelementen ausgegebenen Luft in horizonta ler Richtung orientiert ist, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Der Abführungsauslaß der Luft ist im oberen Bereich des jenigen Abschnittes vorgesehen, der durch die Trennwände 29 definiert ist. Jede konfluente Strömung 28 der Luft wird aus dem mittleren Bereich des Abführungsraums zwi schen den Düsen in horizontaler Richtung nach links und nach rechts in linke bzw. rechte Räume aufgeteilt, die zwischen den Trennwänden 29 und den an die Trennwände 29 angrenzenden Kühlelementen 22 definiert sind; anschlie ßend wird die konfluente Strömung 28 um 90° abgelenkt. Viele solcher konfluenter Strömungen 28 vereinigen sich nacheinander und bilden eine kombinierte Strömung 70, die zum Abführungsauslaß gerichtet wird.A plurality of heat-generating semiconductor components 21 and, consequently, a plurality of cooling elements 22 attached thereto are arranged in a matrix-like shape in great mutual proximity as in the first embodiment in such a way that the portions of the air from the respective cooling elements flow parallel to one another through the gap between adjacent cooling elements 22 . In this case, however, the nozzles 23 are arranged so that the confluent flow 28 of the air discharged from the cooling elements is oriented horizontally, as shown in FIG. 10. The exhaust outlet of the air is provided in the upper region of that section which is defined by the partition walls 29 . Each confluent flow 28 of the air is divided from the central region of the discharge space between the nozzles in the horizontal direction to the left and to the right into left and right spaces, respectively, which are defined between the partitions 29 and the cooling elements 22 adjoining the partitions 29 ; then the confluent flow 28 is deflected by 90 °. Many such confluent flows 28 combine in succession to form a combined flow 70 that is directed to the exhaust outlet.
Somit besitzt die dritte Ausführungsform das Merkmal, daß die konfluente Strömung 28 vom mittleren Bereich des Substrates horizontal nach links und nach rechts aufge teilt wird, was im Gegensatz zu den ersten und zweiten Ausführungsformen steht, in denen die konfluente Strömung < 42557 00070 552 001000280000000200012000285914244600040 0002004333373 00004 42438BOL<28 vertikal von der Unterseite zur Oberseite gerichtet ist. Trotz einer solchen Änderung der Konstruktion bietet die dritte Ausführungsform denselben Vorteil wie die erste Ausführungsform.Thus, the third embodiment has the feature that the confluent flow 28 is divided horizontally from the central region of the substrate to the left and to the right, which is in contrast to the first and second embodiments in which the confluent flow <42557 00070 552 001000280000000200012000285914244600040 0002004333373 00004 42438BOL <28 is directed vertically from the bottom to the top. Despite such a change in construction, the third embodiment offers the same advantage as the first embodiment.
In Fig. 13 ist eine Abwandlung gezeigt, in der die Breite der Kühlrippen von den Basisseiten, die an das wärmeer zeugende Halbleiterbauelement 21 angrenzen, zum anderen Ende, an denen die Düsen 23 befestigt sind, abnimmt. Somit ist in dieser Ausführungsform die Breite der Kühl rippen an ihren Enden, die an die Düse angrenzen, gleich der Breite der Düse, während sie zur Grundplatte 40 geradlinig zunimmt. Folglich nimmt der Abstand zwischen den Abführungsendflächen 51 von benachbarten Kühlelemen ten von dem an die Grundplatte 40 angrenzenden Ende zu dem an die Düse angrenzenden Ende 23 zu, wodurch die Umlenkung der Luftströmung 27 um 180° vom Innenraum des Kühlelementes 22 in den Abführungsraum 36 sowie die Ver einigung mit der Luftströmung 27 vom angrenzenden Kühl element 22 gefördert werden, wodurch der Widerstand gegen über der Luftströmung von den beiden Kühlelementen in den gemeinsamen Abführungsraum 36 reduziert wird. FIG. 13 shows a modification in which the width of the cooling fins decreases from the base sides which adjoin the heat-generating semiconductor component 21 to the other end to which the nozzles 23 are attached. Thus, in this embodiment, the width of the cooling fins at their ends adjacent to the nozzle is equal to the width of the nozzle as it increases in a straight line toward the base plate 40 . Consequently, the distance between the discharge end faces 51 of adjacent cooling elements increases from the end adjoining the base plate 40 to the end 23 adjoining the nozzle, as a result of which the deflection of the air flow 27 by 180 ° from the interior of the cooling element 22 into the discharge space 36 as well as the Ver agreement with the air flow 27 from the adjacent cooling element 22 are promoted, whereby the resistance to the air flow from the two cooling elements in the common discharge space 36 is reduced.
Außerdem ist die Querschnittsfläche des Raums, der zwi schen gegenüberliegenden Abführungsendflächen von benach barten Kühlelementen definiert ist, erhöht, so daß die konfluente Strömung 73, die in dem Raum zwischen gegen überliegenden Abführungsendflächen von benachbarten Kühl elementen strömt, einen Teil der obenerwähnten konfluen ten Strömung 28 bildet. Somit ist es möglich, den Strö mungswiderstand zu reduzieren, auf den die abzuführende Luft auftrifft. Die Trapezform der Kühlrippen kann aus einer Rechteckform durch Entfernen der linken und rechten oberen Bereiche erhalten werden. Die Wärmeabstrahlungs fläche wird als Ergebnis der Beseitigung dieser Bereiche reduziert. Dies beeinflußt jedoch die Kühlungsleistung des Kühlelementes 22 nicht wesentlich, weil die beseitig ten Bereiche aufgrund ihrer geringen Temperatur an sich keinen wesentlichen Beitrag zum Wärmeaustausch liefern.In addition, the cross-sectional area of the space defined between opposite discharge end surfaces of adjacent cooling members is increased so that the confluent flow 73 flowing in the space between opposite discharge end surfaces of adjacent cooling members 28 is a part of the above-mentioned confluent flow 28 forms. It is thus possible to reduce the flow resistance to which the air to be discharged impinges. The trapezoidal shape of the cooling fins can be obtained from a rectangular shape by removing the left and right upper areas. The heat radiation area is reduced as a result of removing these areas. However, this does not significantly affect the cooling performance of the cooling element 22 because the areas which are eliminated do not in themselves make a significant contribution to the heat exchange due to their low temperature.
In Fig. 14 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, die eine einzigartige Konfiguration der Düse verwendet, durch die die Kühlungsluft dem Kühlelement 22 zugeführt wird. Genauer ist in dieser Ausführungsform die Düsenbreite vom stromaufseitigen Ende zum stromabseitigen Ende der Düse, d. h. zu dem mit dem Kühlelement verbundenen Ende der Düse leicht und progressiv auf gekrümmte Weise verringert. Somit besitzt die mit 74 bezeichnete Düse ein verengtes stromabseitiges Ende. Daher kann die beispielsweise von einem Gebläse in die Kammer 24 zugeführte Kühlungsluft glatt in jede der Düsen 74 strömen, wie durch Pfeile 75 angedeutet ist. Das stromaufseitige Ende der Düse 74 geht glatt in die Wandfläche der Kammer 74 über. Daher treten am Verbindungspunkt zwischen der Düse und der Kammerwand keine Luftwirbel auf, wenn die Luft in die Düse eintritt. Dadurch wird der Widerstand, auf den die von der Kammer in die Düsen 74 strömende Luft trifft, merklich redu ziert. In dieser Ausführungsform nimmt die Breite der Düse 74 gemessen in der zu den Kühlrippen parallelen x- Richtung ab und ergibt ein verengtes stromabseitiges Ende der Düse. Diese Formgebung hat jedoch nur erläuternden Zweck, wobei die Düse 74 auch so geformt sein kann, daß die Breite gemessen in y-Richtung, die zur Richtung der Kühlrippen senkrecht ist, progressiv abnimmt, so daß ein verengtes stromabseitiges Ende auch auf diese Weise gebildet sein kann. Es ist auch möglich, die Düse 74 so zu entwerfen, daß sowohl die Breite in x-Richtung als auch die Breite in y-Richtung zum stromabseitigen Ende progressiv abnehmen, so daß eine weitere Verringerung des Strömungswiderstandes erhalten werden kann. Auch in die ser Ausführungsform hat das stromabseitige Ende der Düse 74, das mit dem Kühlelement 22 in Kontakt ist, in y-Rich tung eine Breite, die kleiner als diejenige des Kühlele mentes ist. FIG. 14 shows another embodiment that uses a unique configuration of the nozzle through which the cooling air is supplied to the cooling element 22 . More specifically, in this embodiment, the nozzle width is slightly and progressively reduced in a curved manner from the upstream end to the downstream end of the nozzle, ie to the end of the nozzle connected to the cooling element. Thus, the nozzle labeled 74 has a narrowed downstream end. Therefore, the cooling air supplied to the chamber 24 by a fan, for example, can flow smoothly into each of the nozzles 74 , as indicated by arrows 75 . The upstream end of the nozzle 74 merges smoothly into the wall surface of the chamber 74 . Therefore, there are no air vortices at the connection point between the nozzle and the chamber wall when the air enters the nozzle. As a result, the resistance to which the air flowing from the chamber into the nozzles 74 is noticeably reduced. In this embodiment, the width of the nozzle 74 decreases in the x-direction parallel to the cooling fins and results in a narrowed downstream end of the nozzle. However, this shape is for illustrative purposes only, and the nozzle 74 can also be shaped so that the width measured in the y direction, which is perpendicular to the direction of the cooling fins, progressively decreases, so that a narrowed downstream end is also formed in this way can. It is also possible to design the nozzle 74 so that both the width in the x direction and the width in the y direction progressively decrease toward the downstream end, so that a further reduction in the flow resistance can be obtained. Also in this embodiment, the downstream end of the nozzle 74 , which is in contact with the cooling element 22 , has a width in the y-direction which is smaller than that of the cooling element.
Fig. 15 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform, bei der spezielle Konstruktionen der Kammer und der Düsen zum Einsatz kommen. Genauer sind be nachbarte Düsen zu einer einteiligen Düse 76 kombiniert, die eine längliche kastenähnliche Form besitzt, wovon eine Seite mit der Kammer 24 verbunden ist, so daß sie in die Kammer 24 mündet, während die von der Kammer 24 abge wandte Seite mehrere Düsenöffnungen 77 besitzt, die auf die Kühlelemente 22 ausgerichtet sind. Die in die Kammer 24 eingeleitete Luft strömt in die einteilige Düse 76, wie durch die Pfeile 78 angedeutet ist, und wird durch die Düsenöffnungen 79 in die Kühlelemente 22 ausgestoßen, wie durch Pfeile 79 angedeutet ist. Diese Anordnung bie tet den Vorteil, daß in den den Abführungsraum definie renden Enden keine Diskontinuität gebildet wird, weil jede Wand der anteiligen Düse übergangslos gebildet ist. Folglich kann die Luft durch den Abführungsraum längs dieser ununterbrochenen Wände glatt strömen, so daß sie auf einen geringeren Strömungswiderstand trifft. Diese Anordnung besitzt außerdem den Vorteil, daß sie die An zahl der zur Ausbildung der Düse erforderlichen Teile re duziert, was zu einer Verringerung der Produktionskosten beiträgt. Fig. 15 is a perspective view of another embodiment using special chamber and nozzle designs. More specifically, adjacent nozzles are combined to form a one-piece nozzle 76 , which has an elongated box-like shape, one side of which is connected to the chamber 24 so that it opens into the chamber 24 , while the side facing away from the chamber 24 has a plurality of nozzle openings 77 has, which are aligned with the cooling elements 22 . The air introduced into the chamber 24 flows into the one-piece nozzle 76 , as indicated by the arrows 78 , and is expelled through the nozzle openings 79 into the cooling elements 22 , as indicated by the arrows 79 . This arrangement offers the advantage that no discontinuity is formed in the ends defining the discharge space, because each wall of the proportional nozzle is formed seamlessly. As a result, the air can flow smoothly through the exhaust space along these uninterrupted walls so that it encounters less flow resistance. This arrangement also has the advantage that it reduces the number of parts required for the formation of the re re, which contributes to a reduction in production costs.
Nun wird mit Bezug auf die Fig. 16 und 17 eine andere Ausführungsform beschrieben, in der die Positionen und die Geometrie der Düsen geeignet abgewandelt sind, um eine gleichmäßige Strömungsratenverteilung über sämtli chen Kühlelementen im elektronischen Gerät zu erhalten. Die Fig. 16 ist eine horizontale Schnittansicht, während die Fig. 17 ein Frontaufriß dieser Ausführungsform ist. Wie in Fig. 16 gezeigt ist, ist die Konstruktion dieser Ausführungsform ähnlich derjenigen der in Fig. 1 gezeig ten ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß die Positionen einiger Düsen aus den Positionen der in Fig. 1 gezeigten Düsen horizontal versetzt sind. In der ersten Ausführungsform von Fig. 1 besitzt die Querschnittsfläche eines jeden der am weitesten außen befindlichen Abfüh rungsräume, d. h. der Räume zwischen dem am weitesten außen befindlichen Kühlelement und der benachbarten Trennwand einen Wert, der größer als derjenige der Quer schnittsflächen der Abführungsräume ist, die zwischen benachbarten Kühlelementen definiert sind, so daß die von der Kammer 24 zugeführte Luft dazu neigt, in die in hori zontaler Richtung am weitesten außen befindlichen Kühl elemente mit einer größeren Platte als in die in der Mitte befindlichen Kühlelemente zu strömen, was eine ungleichmäßige Strömungsratenverteilung in horizontaler Richtung ergibt. Dies ist insbesondere dann ein ernsthaf tes Problem, wenn keine Trennwand 29 vorhanden ist. Um dieses Problem zu beseitigen, besitzt die in den Fig. 16 und 17 gezeigte Ausführungsform das Merkmal, daß die Positionen der Düsen 23 in bezug auf die zugehörigen Kühlelemente 22 so verändert sind, daß die Düsen an den äußeren Kühlelementen, die sich näher an der Trennwand befinden, in einer von den Trennwänden wegweisenden Rich tung, d. h. zur Mitte des elektronischen Geräts aus den Mitten der zugehörigen Kühlelemente versetzt sind. Der Betrag des Versatzes nimmt zur Mitte des elektronischen Gerätes progressiv ab. Mit anderen Worten, der Betrag des Versatzes ist an den näher an den Trennwänden sich befin denden Kühlelementen größer als bei den von diesen Trenn wänden weiter entfernten Kühlelementen. Folglich wird die Luft 81 in jedem am weitesten außen befindlichen Kühlele ment, das sich am nähesten an der Trennwand befindet, dazu gezwungen, vor der Abführung in den an die Trennwand angrenzenden Abführungsraum 80 einen Strömungsweg zurück zulegen, der länger als der Strömungsweg ist, der von der Luft in den mittleren Kühlelementen zurückgelegt werden muß, bevor diese Luft den angrenzenden Abführungsraum erreicht. Dies gilt auch für die Kühlelemente, die an die am weitesten außen befindlichen Kühlelemente angrenzen. Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine gleichmäßige Strömungsratenverteilung in horizontaler Richtung über sämtlichen Kühlungselementen zu erreichen.Another embodiment will now be described with reference to FIGS. 16 and 17, in which the positions and the geometry of the nozzles are suitably modified in order to obtain a uniform flow rate distribution over all cooling elements in the electronic device. Fig. 16 is a horizontal sectional view, while Fig. 17 is a front elevation of this embodiment. As shown in FIG. 16, the construction of this embodiment is similar to that of the first embodiment shown in FIG. 1, except that the positions of some nozzles are horizontally offset from the positions of the nozzles shown in FIG. 1. In the first embodiment of FIG. 1, the cross-sectional area of each of the outermost discharge spaces, that is, the spaces between the outermost cooling element and the adjacent partition wall, has a value larger than that of the cross-sectional areas of the discharge spaces are defined between adjacent cooling elements, so that the air supplied from the chamber 24 tends to flow in the hori zontal direction outermost cooling elements with a larger plate than in the center cooling elements, resulting in an uneven flow rate distribution in horizontal direction. This is particularly a serious problem when there is no partition 29 . To overcome this problem, the embodiment shown in Figs. 16 and 17 has the feature that the positions of the nozzles 23 with respect to the associated cooling elements 22 are changed so that the nozzles on the outer cooling elements which are closer to the Partition are located in a direction pointing away from the partitions Rich, ie are offset from the center of the associated cooling elements to the center of the electronic device. The amount of the offset progressively decreases toward the center of the electronic device. In other words, the amount of the offset is greater at the cooling elements located closer to the partition walls than with the cooling elements further away from these partition walls. As a result, the air 81 in each outermost cooling element closest to the partition is forced to travel a flow path longer than the flow path prior to being discharged into the discharge space 80 adjacent the partition of the air in the middle cooling elements must be covered before this air reaches the adjacent exhaust space. This also applies to the cooling elements that are adjacent to the most external cooling elements. With this arrangement it is possible to achieve a uniform flow rate distribution in the horizontal direction over all cooling elements.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 18 eine andere Ausführungs form beschrieben. Diese Ausführungsform ist dahingehend verbessert, daß eine gleichmäßige Strömungsratenvertei lung der Kühlungsluft nicht nur in horizontaler Richtung, sondern auch in vertikaler Richtung geschaffen wird. Bei der in Verbindung mit Fig. 17 beschriebenen vorangehenden Ausführungsform besteht noch immer das folgende Problem, obwohl sie eine gleichmäßige Strömungsratenverteilung in horizontaler Richtung schafft: In der Ausführungsform von Fig. 17 besteht die Neigung, daß die Kühlungsluft an den Kühlelementen der stromabseitigen Reihen, d. h. der oberen Reihen stärker als an den Kühlelementen der stromaufsei tigen Reihen, d. h. der unteren Reihen konzentriert wird, weil die von den Kühlelementen der stromabseitigen Reihen abgeführte Luft auf einen kleineren Strömungswiderstand als die von den Kühlelementen der stromaufseitigen Reihen abgeführte Luft trifft, weil der Abstand der ersteren zum Abführungsauslaß kürzer ist. Somit neigt die Zuführungs rate an die Kühlelemente der oberen oder stromabseitigen Reihen zu einer Zunahme, während die Zuführungsrate der Kühlelemente der unteren oder stromaufseitigen Reihen zu einer Abnahme neigt, was eine ungleichmäßige Strömungsra tenverteilung in vertikaler Richtung ergibt. Daher besitzt die in Fig. 18 gezeigte Ausführungsform zusätz lich zu dem Merkmal der Ausführungsform von Fig. 17 das Merkmal, daß die horizontale Breite der Düsen zum oberen oder stromabseitigen Ende progressiv abnimmt, derart, daß die den Kühlelementen der untersten Reihe zugehörigen Düsen die größte horizontale Breite besitzen. Daher besitzen die den Kühlelementen der oberen Reihen zugehö rigen Düsen kleinere Querschnittsflächen als die den Kühlelementen der unteren Reihen zugehörigen Düsen, so daß die Luft in den den Kühlelementen der oberen Reihen zugehörigen Düsen auf einen größeren Strömungswiderstand stößt als in den den Kühlelementen der unteren Reihen zugeordneten Düsen. Durch eine geeignete Bestimmung der Differenz der horizontalen Düsenbreite ist es möglich, eine gleichmäßige Strömungsratenverteilung der Kühlungs luft auch in vertikaler Richtung über sämtliche Kühlele mente des elektronischen Gerätes zu erhalten.Another embodiment will now be described with reference to FIG. 18. This embodiment is improved in that a uniform flow rate distribution of the cooling air is created not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. The foregoing embodiment described in connection with Fig. 17 still has the following problem, although it provides a uniform flow rate distribution in the horizontal direction: In the embodiment of Fig. 17, the cooling air tends to be at the cooling elements of the downstream rows, that is, of the top rows is concentrated more than the cooling elements of the upstream rows, ie the bottom rows, because the air discharged from the cooling elements of the downstream rows encounters a smaller flow resistance than the air discharged from the cooling elements of the upstream rows, because the distance of the the former is shorter to the discharge outlet. Thus, the supply rate to the cooling elements of the upper or downstream rows tends to increase, while the supply rate of the cooling elements of the lower or upstream rows tends to decrease, resulting in a non-uniform flow rate distribution in the vertical direction. Therefore, in addition to the feature of the embodiment of FIG. 17, the embodiment shown in FIG. 18 has the feature that the horizontal width of the nozzles progressively decreases toward the upper or downstream end, such that the nozzles associated with the cooling elements of the bottom row are the largest have horizontal width. Therefore, the nozzles associated with the cooling elements of the upper rows have smaller cross-sectional areas than the nozzles associated with the cooling elements of the lower rows, so that the air in the nozzles associated with the cooling elements of the upper rows encounters a greater flow resistance than in the cooling elements associated with the lower rows Nozzles. By a suitable determination of the difference in the horizontal nozzle width, it is possible to obtain a uniform flow rate distribution of the cooling air in the vertical direction over all cooling elements of the electronic device.
Die Verfahren zur Erzielung einer gleichmäßigen Strö mungsratenverteilung, wie sie in Verbindung mit den Fig. 17 und 18 erläutert worden sind, finden nicht nur auf die erste Ausführungsform, sondern auch auf eine Mehrzahl weiterer verschiedener Anbringungsformen von Düsen und Kühlelementen Anwendung. Offensichtlich können die Ver fahren zur Erzielung gleichmäßiger Strömungsratenvertei lungen in horizontaler und vertikaler Richtung unabhängig oder in Kombination angewendet werden.The methods for achieving a uniform flow rate distribution, as explained in connection with FIGS . 17 and 18, apply not only to the first embodiment, but also to a number of other different attachment forms of nozzles and cooling elements. Obviously, the methods can be used independently or in combination to achieve uniform flow rate distributions in the horizontal and vertical directions.
Obwohl die obenbeschriebenen Ausführungsformen Kühlele mente mit flächigen Kühlrippen verwenden, hat dies ledig lich erläuternden Charakter, wobei andere Typen von Kühl elementen wie etwa stiftähnliche Wärmeabstrahlungsele mente gleichermaßen verwendet werden können, vorausge setzt, daß die Kühlelemente so konstruiert und angeordnet sind, daß sie die Richtung der Strömung und der Abführung der durch sie strömenden Luft bestimmen.Although the above-described embodiments, Kühlele use elements with flat cooling fins is single Lich explanatory in nature, with other types of cooling elements such as pin-like heat radiation elements elements can be used equally, prev sets that the cooling elements are constructed and arranged are that they have the direction of flow and drainage of the air flowing through them.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 19 eine andere Ausführungs form des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform verwendet mehrere wärmeerzeugende Halbleiterbauelemente 21 wie etwa LSI-Module, wobei auf jedem dieser Bauelemente ein Kühl element vorgesehen ist, das aus einer Grundplatte 40 und mehreren Wärmeabstrahlungsstiften 41a aufgebaut ist. Die Stifte 41a und die Grundplatte 40 sind vorzugsweise aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie etwa Kupfer oder Aluminium oder aber aus wärmeleitenden Keramiken hergestellt. Die Stifte 41a können an der Grundplatte 40 durch Verstemmen befestigt oder mit der Grundplatte 40 durch Löten oder Hartlöten oder durch Verkleben mittels eines wärmeleitenden Klebstoffs verbunden werden. Alter nativ kann ein einteiliges Kühlelement mit der Grund platte 40 und den Stiften 41a durch maschinelle Bearbei tung wie etwa Schleifen gebildet werden. Eine Düse 23 ist an der Oberseite der Gruppe von Stiften 41a angeordnet. Stirnplatten 82, die eine Fortsetzung der Wände der Düse 23 bilden, sind an den beiden Enden der Gruppe von Stif ten 41a vorgesehen. Diese Stirnplatten 82 bestimmen die Richtung der Strömung und der Abführung der Luft durch das Kühlelement. Die Höhe der Stifte 41a ist unterschied lich, derart, daß die Stifte im mittleren Bereich des Kühlelementes die größte Höhe besitzen und daß die Höhe in Richtung zu den beiden stromabseitigen Enden bei Betrachtung in Richtung der Strömung und der Abführung der Luft durch das Kühlelement, d. h. zu den beiden seit lichen Enden des Kühlelementes progressiv abnimmt. Diese veränderliche Stifthöhe ermöglicht es, daß die Kühlungs luft einfach um 180° in den angrenzenden Abführungsraum umgelenkt werden kann, so daß die Luft von benachbarten Kühlelementen bei verringertem Strömungswiderstand ein fach in den gemeinsamen Abführungsraum zwischen diesen Kühlelementen abgeführt werden kann. Außerdem schafft die Gruppe von Wärmeabstrahlungsstiften eine Wärmeabstrah lungsfläche, die größer ist als diejenige von flächigen Kühlrippen. Ferner erzeugen die Stifte eine Turbulenz der Kühlungsluft, die die Wärmeübertragung an die Kühlungs luft steigert, was zu einer Verbesserung der Kühlungslei stung beiträgt.Another embodiment of the electronic device according to the first aspect of the invention will now be described with reference to FIG. 19. This embodiment uses a plurality of heat-generating semiconductor components 21 such as LSI modules, with a cooling element being provided on each of these components, which is constructed from a base plate 40 and a plurality of heat radiation pins 41 a. The pins 41 a and the base plate 40 are preferably made of a metal with high thermal conductivity, such as copper or aluminum, or else of heat-conducting ceramics. The pins 41 a can be attached to the base plate 40 by caulking or connected to the base plate 40 by soldering or brazing or by gluing using a heat-conducting adhesive. Alternatively, a one-piece cooling element with the base plate 40 and the pins 41 a can be formed by machining such as grinding. A nozzle 23 is arranged on the top of the group of pins 41 a. End plates 82 , which form a continuation of the walls of the nozzle 23 , are provided at the two ends of the group of pins 41 a. These end plates 82 determine the direction of flow and the removal of air through the cooling element. The height of the pins 41 a is different, such that the pins have the greatest height in the central region of the cooling element and that the height towards the two downstream ends when viewed in the direction of the flow and the removal of air by the cooling element, ie progressively decreases to the two ends of the cooling element. This variable pin height enables the cooling air to be easily redirected by 180 ° into the adjacent discharge space, so that the air from adjacent cooling elements can be discharged into the common discharge space between these cooling elements with reduced flow resistance. In addition, the group of heat radiation pins creates a heat radiation area larger than that of flat cooling fins. Furthermore, the pins create turbulence in the cooling air, which increases the heat transfer to the cooling air, which contributes to an improvement in the cooling power.
Fig. 20 ist eine perspektivische Ansicht einer Anordnung, die ein Düsenkanalsystem und eine Kammer umfaßt, während Fig. 21 diese Anordnung in drei zueinander senkrechten Richtungen zeigt. Fig. 20 is a perspective view of an arrangement comprising a nozzle channel system and a chamber, while Fig. 21 shows this arrangement in three mutually perpendicular directions.
Eine Platte 20 trägt mehrere wärmeerzeugende Halbleiter bauelemente 21 wie etwa LSI-Module, wobei auf jedem wär meerzeugenden Halbleiterbauelement 21 ein Kühlelement 22 vorgesehen ist. Wie aus Fig. 21 hervorgeht, besitzt die Düse 83 Trennwände 29 und Düsen 23 für die Zuführung von Kühlungsluft in die Kühlelemente 22. Die Trennwände 29 dienen dazu, erwärmte Kühlungsluft aus den Kühlelementen 22 in einen Abführungsauslaß zu leiten und die Komponen ten des elektronischen Gerätes, die von den Halbleiter bauelementen 21 verschieden sind, von der erwärmten Küh lungsluft zu isolieren. Das Düsenkanalsystem 83 besitzt in seinen zu den Düsen 22 senkrechten Seitenwänden Öff nungen. Eine Öffnung 84 ist in der Seite des Düsenka nalsystems 83 in der Nähe der Kühlelemente 22 gebildet, so daß die Kühlelemente 22 und die zugehörigen LSI-Module von dem Düsenkanalsystem 83 aufgenommen werden können. Die von dem Düsenkanalsystem 83 aufgenommenen Kühlelemen te 22 sind mit den entsprechenden Düsen 23 in Kontakt. Die Wand des Düsenkanalsystems 83, die der Kammer 24 zugewandt ist, besitzt mehrere Fenster, durch die Küh lungsluft in die jeweiligen Düsen eingeleitet wird. Das Düsenkanalsystem ist an dieser Wand mit der Kammer 24 verbunden.A plate 20 supports a plurality of heat generating semiconductor devices 21 such as LSI modules, wherein a cooling element 22 is provided on each would sea-generating semiconductor device 21st As can be seen from FIG. 21, the nozzle 83 has partition walls 29 and nozzles 23 for the supply of cooling air into the cooling elements 22 . The partitions 29 serve to direct heated cooling air from the cooling elements 22 into a discharge outlet and to isolate the components of the electronic device, which are different from the semiconductor components 21 , from the heated cooling air. The nozzle channel system 83 has openings in its side walls perpendicular to the nozzles 22 . An opening 84 is formed in the side of the nozzle system 83 in the vicinity of the cooling elements 22 , so that the cooling elements 22 and the associated LSI modules can be received by the nozzle channel system 83 . The cooling elements 22 received by the nozzle channel system 83 are in contact with the corresponding nozzles 23 . The wall of the nozzle channel system 83 , which faces the chamber 24 , has a plurality of windows through which cooling air is introduced into the respective nozzles. The nozzle channel system is connected to the chamber 24 on this wall.
Die beschriebene Anordnung des Düsenkanalsystems 83 und der Kammer 24 macht es möglich, die Düsen und die Kammer unabhängig voneinander herzustellen, ferner erlaubt sie eine einfache relative Positionierung der Düsen und der Kühlelemente, wodurch die für die Montage erforderliche Zeit verkürzt werden kann. Außerdem werden eine Kontrolle und Wartung des elektronischen Gerätes erleichtert, weil die Düsen von der Kammer abnehmbar sind.The described arrangement of the nozzle channel system 83 and the chamber 24 makes it possible to manufacture the nozzles and the chamber independently of one another, and it also allows simple relative positioning of the nozzles and the cooling elements, which can shorten the time required for assembly. In addition, control and maintenance of the electronic device are made easier because the nozzles are removable from the chamber.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, schafft die vorliegende Erfindung gemäß dem ersten Aspekt ein elektronisches Gerät, in dem Kühlelemente, die wär meerzeugenden Halbleiterbauelementen zugehören, so ange ordnet sind, daß die Richtungen der Strömung und der Abführung der Luft durch diese Kühlelemente zueinander parallel sind, und in dem die Düsen für die Zuführung eines Kühlungsmediums in die Kühlelemente an den den zugehörigen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen ent gegengesetzten Enden der Kühlelemente vorgesehen sind. Außerdem ist die Breite der Düse gemessen in der zur Richtung der Strömung und der Abführung der Luft durch das Kühlelement senkrechten Richtung so bestimmt, daß sie größer als diejenige des Kühlelementes ist, während die Breite der Düsen gemessen in der zur Richtung der Strö mung und der Abführung der Luft im Kühlelement parallelen Richtung so bestimmt ist, daß sie kleiner als diejenige des Kühlelementes ist. Außerdem wird die konfluente Strö mung der erwärmten Kühlungsluft, die durch die Kühlungs luftanteile gebildet wird, die von mehreren Kühlelementen abgegeben werden, dazu veranlaßt, längs der Endflächen dieser Kühlelemente, die den zugehörigen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen entgegengesetzt sind, und längs der Düsenwandflächen, die zu der Richtung der Strömung und der Abführung der Luft in den Kühlelementen senkrecht sind, zu strömen. Somit ist in dem elektronischen Gerät gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Richtung der abzuführenden konfluenten Luftströmung zu der Richtung der Strömung und der Abführung der Luft durch die Kühlelemente im wesentlichen senkrecht. Es ist daher möglich, den Strömungswiderstand längs des Weges, durch den die erwärmte Luft abgeführt wird, zu reduzie ren, selbst wenn eine große Anzahl von wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen in einer Ebene in einem Ausmaß dicht angeordnet sind, das es schwierig macht, große Luftabführungsräume zwischen benachbarten Kühlelementen oder zwischen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen zu finden, so daß die Kühlungsleistung verbessert wird. Außerdem kann durch die wiederholte Krümmung des Weges der Kühlungsluft das Geräusch reduziert werden. Ferner können eine gleichmäßige Strömungsratenverteilung und folglich eine gleichmäßige Temperaturverteilung über sämtlichen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen im elektronischen Gerät erhalten werden.As can be seen from the description above, provides the present invention according to the first aspect an electronic device in which cooling elements that would belong to sea-generating semiconductor components, so ange orders that the directions of the flow and the Air discharge to each other through these cooling elements are parallel, and in which the nozzles for feeding of a cooling medium in the cooling elements on the associated heat-generating semiconductor components ent opposite ends of the cooling elements are provided. In addition, the width of the nozzle is measured in the Direction of flow and air discharge the cooling element determines the vertical direction so that it is larger than that of the cooling element, while the Width of the nozzles measured in the direction of the flow parallel and the discharge of air in the cooling element parallel Direction is determined to be smaller than that of the cooling element. In addition, the confluent stream the heated cooling air caused by the cooling air is formed by several cooling elements are released, caused along the end faces of these cooling elements, the associated heat-generating Semiconductor components are opposite, and lengthways of the nozzle wall surfaces that go to the direction of the flow and the removal of air in the cooling elements vertically are to pour. Thus is in the electronic device according to the first aspect of the present invention Direction of the confluent air flow to be discharged the direction of flow and the discharge of air through the cooling elements essentially vertically. It is therefore possible the flow resistance along the way, through which the heated air is discharged even if a large number of heat-generating Semiconductor devices in one level to an extent are densely arranged, which makes it difficult to large Air outlet spaces between adjacent cooling elements or between heat-generating semiconductor components find so that the cooling performance is improved. It can also be caused by the repeated curvature of the path the cooling air the noise can be reduced. Further can even flow rate distribution and consequently an even temperature distribution over all heat-generating semiconductor components in the electronic device can be obtained.
Nun wird eine erste Ausführungsform einer Kühlungsein richtung für eine wärmeerzeugende Einheit gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig. 22 und 23 beschrieben. Fig. 22 zeigt in einer teilweise aufgeschnitten perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform einer Kühlungseinrichtung für eine wär meerzeugende Einheit, auf die dieser zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Fig. 23 zeigt eine horizontale Schnittansicht, die der Fig. 1 ent spricht und die die Strömung eines Kühlungsfluids in der in Fig. 22 gezeigten Einrichtung veranschaulicht. In die sen Zeichnungen ist die wärmeerzeugende Einheit, die wäh rend ihres Betriebs Wärme erzeugt und von der Einrichtung gekühlt werden muß, beispielhaft durch einen Multichip- Modul dargestellt, der mehrere Halbleiterbauelemente ent hält, die im Modul luftdicht eingekapselt angeordnet sind und während ihres Betriebs eine große Wärmemenge erzeugen können.A first embodiment of a cooling device for a heat generating unit according to a second aspect of the present invention will now be described with reference to FIGS. 22 and 23. Fig. 22 shows a partially cut away perspective view of an embodiment of a cooling device for a would sea-generating unit to which this second aspect of the present invention is applied. FIG. 23 shows a horizontal sectional view corresponding to FIG. 1 and illustrating the flow of a cooling fluid in the device shown in FIG. 22. In these drawings, the heat-generating unit, which generates heat during its operation and must be cooled by the device, is exemplified by a multichip module that contains several semiconductor components, which are arranged in the module in an airtight manner and one during operation can generate large amounts of heat.
Wie in den Fig. 22 und 23 gezeigt, umfaßt ein Multichip- Modul 101 eine aus einem keramischen Material hergestell te Mehrschichtverdrahtungsplatte 102, mehrerer Halbleiter bauelemente 103, die an der Verdrahtungsplatte 102 mon tiert sind und LSI-Chips enthalten, die als wärmeerzeu gende Elemente dienen, sowie ein Gehäuse 104, in dem die Halbleiterbauelemente 103 eingekapselt sind. Die von den Halbleiterbauelementen 103 erzeugte Wärme wird an das Gehäuse 104 über Wärmeübertragungskontakte 105 übertra gen, die mit den Halbleiterbauelementen 103 in Kontakt sind. Am Gehäuse 104 ist ein Kühlelement 106 angebracht, so daß die an das Gehäuse 104 übertragene Wärme wirksam an ein Kühlungsfluid wie etwa Kühlungsluft übertragen wer den kann. Das Kühlelement 106 ist aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie etwa Aluminium, Kupfer oder aus einem keramischen Material mit hoher Wärmeleitfähig keit hergestellt und enthält mehrere flache, plattenför mige Kühlrippen 107, die in einem bestimmten Abstand auf einer Kühlrippengrundplatte 108 angeordnet sind. Das Kühlelement 106 besitzt einen Schlitz 109, der in einem mittleren Bereich des Kühlelementes 106 gebildet ist, in dem die flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107 mit einer bestimmten Tiefe, d. h. von einer Fläche des Kühlelementes 106, die der Kühlungsfluid-Ausstoßdüse 111 zugewandt ist (einer oberen Fläche des Kühlelementes 106 bei Betrach tung in den Fig. 22 und 23), zu einer unteren Fußposition der Kühlrippen 107 geschlitzt sind, wobei sich der Schlitz 109 durch die gesamte Anordnung der flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107 erstreckt. Der Schlitz 109 besitzt eine Breite, die größer als der Abstand ist, in dem die flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107 angeord net sind. Die Düse 111 ist an der oberen Fläche des Kühl elementes 106 angeordnet und dient dazu, die Luftströmung von einem Gebläse oder dergleichen (nicht gezeigt) in das Kühlelement 106 einzuleiten. Die Düse 111 besitzt einen offenen vorderen Bereich, der in einen Kühlungslufteinlaß 112 eingeschoben ist, der in einer Kühlelement-Haltplatte 110 des Kühlelementes 106 ausgebildet ist.As shown in FIGS. 22 and 23, a multi-chip module 101 includes a hergestell te of a ceramic material multilayer wiring board 102, a plurality of semiconductor devices 103 which are advantage to the wiring board 102 mon and LSI chips contain as wärmeerzeu constricting elements serve, as well as a housing 104 in which the semiconductor components 103 are encapsulated. The heat generated by the semiconductor components 103 is transmitted to the housing 104 via heat transfer contacts 105 , which are in contact with the semiconductor components 103 . On the housing 104 a cooling element 106 is attached, so that the transmitted to the housing 104, heat is efficiently transmitted to a cooling fluid such as cooling air who can the. The cooling element 106 is made of a material with high thermal conductivity, such as aluminum, copper or a ceramic material with high thermal conductivity, and contains a plurality of flat, plate-shaped cooling fins 107 , which are arranged at a certain distance on a fin base 108 . The cooling element 106 has a slit 109 formed in a central area of the cooling element 106 in which the flat, plate-shaped cooling fins 107 have a certain depth, that is, from a surface of the cooling element 106 that faces the cooling fluid ejection nozzle 111 (one upper surface of the cooling element 106 at Betrach tung in FIGS. 22 and 23), slit to a lower foot position of the cooling fins 107, the slot 109 extends through the entire arrangement of the flat plate-like cooling fins 107. The slot 109 has a width which is greater than the distance in which the flat, plate-shaped cooling fins 107 are angeord net. The nozzle 111 is arranged on the upper surface of the cooling element 106 and serves to introduce the air flow from a blower or the like (not shown) into the cooling element 106 . The nozzle 111 has an open front region which is inserted into a cooling air inlet 112 which is formed in a cooling element holding plate 110 of the cooling element 106 .
Ein Dämpfer mit Dämpferelementen 103, der aus einem wei chen Material hergestellt ist, ist entweder am vorderen Endbereich der Düse 111 oder am Kühlungslufteinlaß 112 des Kühlelementes 106 angeordnet. Der Multichip-Modul 101 und das Kühlelement 106 sind über eine wärmeleitende Struktur wie etwa ein wärmeleitendes Fett, eine wärmelei tende Folie, einen wärmeleitenden Klebstoff oder Befesti gungsbolzen in gegenseitigem thermischen Kontakt. Die Kühlelement Halteplatte 110 ist an den oberen Kantenbe reichen der mehreren flachen, plattenformigen Kühlrippen 107 angeklebt oder anderweitig verbunden.A damper with damper elements 103 , which is made of a white material, is arranged either at the front end region of the nozzle 111 or at the cooling air inlet 112 of the cooling element 106 . The multichip module 101 and the cooling element 106 are via a heat-conducting structure such as a heat-conducting grease, a heat-conducting foil, a heat-conducting adhesive or fastening bolts in mutual thermal contact. The cooling element holding plate 110 is glued to the upper edge areas of the plurality of flat, plate-shaped cooling fins 107 or is otherwise connected.
In dieser Ausführungsform strömt die Luft durch die Düse 111, wie in Fig. 23 durch Pfeile 120 angedeutet ist, und wird von der Düse 111 so ausgestoßen, daß sie sowohl in die Räume zwischen den Kühlrippen 107 als auch in den Schlitz 109 eingeleitet wird. Da der Schlitz 109 eine Breite besitzt, die größer als der Abstand der Anordnung der Kühlrippen 107 ist, erfährt die Luft, die in Tiefen richtung in den Schlitz 109 strömt, wie in Fig. 23 durch Pfeile 121 angedeutet ist, einen verhältnismäßig kleinen Strömungsverlust und besitzt außerdem eine größere Strö mungsgeschwindigkeit als die Luft, die in die Räume zwi schen den Kühlrippen 107 strömt, wie durch Pfeile 122 angedeutet ist. Im Ergebnis kann ein Teil der Kühlungs luft 121, die in den Schlitz 109 strömt, den Fuß der Kühlrippen 107 und die Kühlrippen-Grundplatte 108 an einem Ort des Kühlelementes 106, der sich oberhalb des mittleres Bereichs des als wärmeerzeugende Einheit wir kenden Multichip-Moduls 101 befindet, direkt und ohne wesentliche Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit errei chen. Da der Kühlungsluftteil 121, der in den Schlitz 109 strömt, sich nicht durch die Räume zwischen den Kühlrip pen 107 bewegt, kann der Kühlungsluftteil 121 außerdem direkt den Ort des Kühlrippenfußes des Kühlelementes 106 erreichen, der sich über dem mittleren Bereich des Multi chip-Moduls 101 befindet, ohne daß die Temperatur des Kühlungsfluids wesentlich zunimmt. Mit der erfindungsge mäßen Kühlungseinrichtung ist es daher möglich, eine ver besserte Kühlungsleistung für einen mittleren Bereich des Multichip-Moduls 101 zu schaffen, wo im allgemeinen ein großer Temperaturanstieg auftritt. Daher ist eine wirksa me Kühlung einer wärmeerzeugenden Einheit bei gleichmäßi ger Temperaturverteilung in der Einheit möglich. Selbst wenn ein Multichip-Modul gekühlt wird, der mehrere Halb leiterbauelemente enthält, kann dieses Modul wirksam gekühlt werden, indem eine gleichmäßige Temperaturvertei lung zwischen den Halbleiterbauelementen erzielt wird, die eine große Wärmemenge erzeugen.In this embodiment, the air flows through the nozzle 111 , as indicated by arrows 120 in Fig. 23, and is expelled from the nozzle 111 so that it is introduced into both the spaces between the cooling fins 107 and into the slot 109 . Since the slot 109 has a width which is greater than the spacing of the arrangement of the cooling fins 107 , the air which flows in the depth direction into the slot 109 , as indicated in FIG. 23 by arrows 121 , experiences a relatively small flow loss and also has a greater flow velocity than the air flowing into the spaces between the cooling fins 107 , as indicated by arrows 122 . As a result, a part of the cooling air 121 flowing into the slot 109 , the base of the cooling fins 107 and the cooling fin base plate 108 at a location of the cooling element 106 which is above the central region of the multichip module which acts as a heat-generating unit 101 is located, directly and without significant decrease in flow velocity. Since the cooling air portion 121 , which flows into the slot 109 , does not move through the spaces between the cooling fins 107 , the cooling air portion 121 can also directly reach the location of the cooling foot of the cooling element 106 , which is above the central region of the multi-chip module 101 is located without the temperature of the cooling fluid increasing significantly. With the cooling device according to the invention, it is therefore possible to provide improved cooling performance for a central region of the multichip module 101 , where a large rise in temperature generally occurs. Therefore, an effective cooling of a heat generating unit with even temperature distribution in the unit is possible. Even if a multichip module is cooled that contains multiple semiconductor devices, this module can be effectively cooled by achieving a uniform temperature distribution between the semiconductor devices that generate a large amount of heat.
Die Breite des Schlitzes 109, die größer als der Abstand der Anordnung der Kühlrippen 107 ist, kann im Hinblick auf eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der in Tiefenrichtung des Schlitzes 109 strömenden Kühlungsluft erhöht werden. Eine übermäßig hohe Breite des Schlitzes 109 reduziert jedoch die Fläche der flachen, plattenför migen Kühlrippen 107, was zu einer verringerten Kühlungs leistung des Kühlelementes 106 im mittleren Bereich des Multichip-Moduls 101 führt. Somit gibt es für die Breite des Schlitzes 109 einen optimalen Wert.The width of the slit 109 , which is larger than the spacing of the arrangement of the cooling fins 107 , can be increased in view of an increase in the flow speed of the cooling air flowing in the depth direction of the slit 109 . An excessively high width of the slot 109 , however, reduces the area of the flat, plattenför shaped cooling fins 107 , which leads to a reduced cooling performance of the cooling element 106 in the central region of the multichip module 101 . Thus there is an optimal value for the width of the slot 109 .
Nun wird mit Bezug auf Fig. 24 eine Abwandlung der in den Fig. 22 und 23 gezeigten ersten Ausführungsform beschrie ben. Die Komponenten dieser Abwandlung, die denjenigen der in den Fig. 22 und 23 gezeigten Ausführungsform ent sprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ferner wird ihre nochmalige Beschreibung weggelassen.Now, a modification of the first embodiment shown in FIGS. 22 and 23 will be described with reference to FIG. 24. The components of this modification, which correspond to those of the embodiment shown in FIGS. 22 and 23, are denoted by the same reference numerals, and further description thereof is omitted.
Wie in Fig. 24 gezeigt ist, enthält die Abwandlung einen Schlitz 109a, der in einem mittleren Bereich eines Kühl elementes 106 gebildet ist. Die Breite des Schlitzes 109a ist am Kühlungslufteinlaß des Kühlelementes 106a verhält nismäßig groß und nimmt zum Fuß von mehreren flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107a allmählich ab. Diese Anordnung ermöglicht es, den Druckverlust der Kühlungs luft, die in Schlitz 109a geströmt ist, abzusenken und die Strömungsrate der durch den Schlitz 109a strömenden Luft zu erhöhen. Im Ergebnis kann die Kühlungsleistung für einen mittleren Bereich des betrachteten (nicht gezeigten) Multichip-Moduls, wo mit großer Wahrschein lichkeit große Temperaturzunahmen auftreten, weiter ver bessert werden, außerdem können die Halbleiterbauelemente im Multchip-Modul noch effizienter gekühlt werden.As shown in Fig. 24, the modification includes a slot 109 a, which is formed in a central region of a cooling element 106 . The width of the slot 109 a is at the cooling air inlet of the cooling element 106 a behaves proportionately large and gradually decreases from several flat, plate-shaped cooling fins 107 a. This arrangement makes it possible to lower the pressure loss of the cooling air that has flowed into slot 109 a and to increase the flow rate of the air flowing through slot 109 a. As a result, the cooling performance can be further improved for a central region of the multichip module under consideration (not shown), where large temperature increases are likely to occur, and the semiconductor components in the multchip module can also be cooled even more efficiently.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 25 eine weitere Abwandlung der in den Fig. 22 und 23 gezeigten ersten Ausführungs form beschrieben. Die Komponenten dieser Abwandlung, die denjenigen der in den Fig. 22 und 23 gezeigten Ausfüh rungsform entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ferner wird ihre nochmalige Beschreibung weg gelassen.Now, another modification of the first embodiment shown in FIGS. 22 and 23 will be described with reference to FIG. 25. The components of this modification, which correspond to those of the embodiment shown in FIGS . 22 and 23, are denoted by the same reference numerals, and further description thereof is omitted.
Wie in Fig. 25 gezeigt, enthält die Abwandlung einen Schlitz 109b, der in einem mittleren Bereich eines Kühl elementes 106b durch Schlitzen von mehreren flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107b gebildet ist. Die Kühl rippen 107b sind ab einer oberen Fläche des Kühlelementes 106b, jedoch nicht bis zum Fuß derselben geschlitzt, so daß unterhalb des Bodens des Schlitzes 109b Bereiche der Kühlrippen 107b überbleiben. Diese Anordnung macht es möglich, daß die durch eine Zunahme der Breite des Schlitzes 109b bewirkte Reduzierung der Kühlungsleistung in einem mittleren Bereich des betrachteten Multichip-Mo duls verhindert wird.As shown in Fig. 25, the modification includes a slot 109 b, which is formed in a central region of a cooling element 106 b by slitting several flat, plate-shaped cooling fins 107 b. The cooling ribs 107 b are slotted from an upper surface of the cooling element 106 b, but not to the bottom of the same, so that areas of the cooling ribs 107 b remain below the bottom of the slot 109 b. This arrangement makes it possible that the reduction in cooling capacity caused by an increase in the width of the slot 109 b is prevented in a central region of the multichip module under consideration.
In jeder der vorangehenden Ausführungsformen besitzt die Kühlungsfluid-Ausstoßdüse 111 eine Breite, die kleiner als die Breite des Kühlelementes 106, 106a oder 106b ist. Dies hat jedoch lediglich beispielhaften Charakter, wobei die Breite der Düse 111 mit der Breite des zugehörigen Kühlelementes übereinstimmen kann.In each of the preceding embodiments, the cooling fluid ejection nozzle 111 has a width that is smaller than the width of the cooling element 106 , 106 a or 106 b. However, this is only of an exemplary nature, the width of the nozzle 111 being able to match the width of the associated cooling element.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 26 eine weitere Abwandlung der in den Fig. 22 und 23 gezeigten ersten Ausführungs form beschrieben. Die Komponenten dieser Abwandlung, die denjenigen der in den Fig. 22 und 23 beschriebenen Aus führungsform entsprechen, sind mit denselben Bezugszei chen bezeichnet, ferner wird ihre nochmalige Beschreibung weggelassen.Now, another modification of the first embodiment shown in FIGS. 22 and 23 will be described with reference to FIG. 26. The components of this modification, which correspond to those of the embodiment described in FIGS. 22 and 23, are designated by the same reference characters, and further description thereof is omitted.
Wie in Fig. 26 gezeigt, unterscheidet sich diese Abwand lung von der ersten Ausführungsform dadurch, daß diese Abwandlung eine Kühlelement-Halteplatte 110a enthält, die an der oberen Fläche eines Kühlelementes 106c angeordnet ist und eine L-förmige Querschnittkonfiguration besitzt. Genauer enthält die Kühlelement-Halteplatte 110a mittlere Bereiche, die in eine L-förmige Querschnittkonfiguration gekrümmt sind und jeweils in einem Raum zwischen den fla chen, plattenförmigen Kühlrippen 107b angeordnet sind, so daß diese Kantenbereiche als Elemente einer Strömungsfüh rung 201 dienen, die bewirken, daß das Kühlungsfluid, das durch eine obere Fläche des Kühlelementes 106c ausgesto ßen wird, mit hoher Geschwindigkeit an einen mittleren Bereich im Kühlelement 106c strömt. Somit dient die Strö mungsführung 201 dazu, eine verhältnismäßig starke Küh lungsfluid-Strömung (die durch Pfeile 123 angedeutet ist) in einen in einen mittleren Bereich des Kühlelementes 106c gebildeten Schlitz 109 zu erzeugen, die direkt eine Kühlrippenfußposition des Kühlelementes 106c oberhalb eines mittleren Bereichs des betrachteten Multichip-Mo duls erreicht. Auf diese Weise kann ein mittlerer Bereich eines Multichip-Moduls, wo mit hoher Wahrscheinlichkeit große Temperaturzunahmen tauftreten, mit erhöhter Küh lungsleistung gekühlt werden, ferner können die Halblei terbauelemente im Modul wirksam gekühlt werden.As shown in Fig. 26, this modification differs from the first embodiment in that this modification includes a cooling element holding plate 110 a, which is arranged on the upper surface of a cooling element 106 c and has an L-shaped cross-sectional configuration. More specifically, the cooling element holding plate 110 a middle areas that are curved in an L-shaped cross-sectional configuration and are each arranged in a space between the flat, plate-shaped cooling fins 107 b, so that these edge areas serve as elements of a flow guide 201 , the cause the cooling fluid, which is expelled through an upper surface of the cooling element 106 c, flows at high speed to a central region in the cooling element 106 c. Thus, the flow guide 201 serves to generate a relatively strong cooling fluid flow (which is indicated by arrows 123 ) in a slot 109 formed in a central region of the cooling element 106 c, which directly a cooling fin foot position of the cooling element 106 c above a medium Range of the considered multichip module reached. In this way, a middle region of a multichip module, where high temperature increases are likely to occur, can be cooled with increased cooling capacity, and the semiconductor components in the module can also be effectively cooled.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 27 eine zweite Ausführungs form des zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 27 sind die Komponenten der zweiten Ausführungsform, die denjenigen in Fig. 23 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ferner wird ihre nochmalige Beschreibung weggelassen.A second embodiment of the second aspect of the present invention will now be described with reference to FIG. 27. In FIG. 27, the components of the second embodiment, which correspond to those in FIG. 23, are given the same reference numerals, and further description thereof is omitted.
Die zweite Ausführungsform umfaßt ein Kühlelement 106d, mehrere flache, plattenförmige Kühlrippen 107c sowie eine Strömungsführung 202. Die Strömungsführung 202 enthält einen Satz von Führungselementen, die in einem Raum zwi schen den flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107c vorge sehen sind und die Strömung eines Kühlungsfluids steuern, wobei sich die Elemente der Strömungsführung 202 von einer oberen Fläche des Kühlelementes 106d zum Fuß der Kühlrippen 107c erstrecken. Die Länge der Elemente der Strömungsführung 202 ist geringer als die Höhe der fla chen, plattenförmigen Kühlrippen 107c und verändert sich so, daß sie von einer mittleren Position des Kühlelements 106c zu seitlichen Positionen desselben allmählich abnimmt.The second embodiment comprises a cooling element 106 d, a plurality of flat, plate-shaped cooling fins 107 c and a flow guide 202 . The flow guide 202 includes a set of guide elements, which are provided in a space between the flat, plate-shaped cooling fins 107 c and control the flow of a cooling fluid, the elements of the flow guide 202 extending from an upper surface of the cooling element 106 d to the foot of the Extend cooling fins 107 c. The length of the elements of the flow guide 202 is less than the height of the flat, plate-shaped cooling fins 107 c and changes so that it gradually decreases from a central position of the cooling element 106 c to the lateral positions thereof.
In dieser Ausführungsform strömt das durch die obere Flä che des Kühlelementes 106d ausgestoßene Kühlungsfluid längs der Elemente der Strömungsführung 202 in die Räume zwischen den flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107c. Da die Strömungsführung 202 die größte Länge an einer mitt leren Position des Kühlelementes 106d besitzt, ist es möglich, daß die Strömung des Kühlungsfluids den Fuß der betrachteten Kühlrippen 107c selbst in der Mitte des Kühlelementes 106d erreicht. Da die Länge der Strömungs führung 202 von einer mittleren Position zu den seitli chen Positionen allmählich abnimmt, wird ein Teil der Kühlungsfluidströmung, der diese Strömungsführungsele mente an mittleren Positionen verläßt, durch weitere Anteile der Kühlungsfluidströmung von angrenzenden Strö mungsführungselementen dazu gezwungen, an eine Kühlrip penfußposition zu strömen, wodurch an einer solchen Posi tion eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit hervorgerufen wird. Im Ergebnis ist es möglich, die Kühlungsleistung an Kühlrippenfußpositionen zu verbessern, wo mit hoher Wahr scheinlichkeit die Temperatur am höchsten ist. Außerdem kann die Kühlungsleistung in einem mittleren Bereich der betrachteten wärmeerzeugenden Einheit, wo die Temperatur mit hoher Wahrscheinlichkeit am größten ist, verbessert werden.In this embodiment, the cooling fluid expelled through the upper surface of the cooling element 106 d flows along the elements of the flow guide 202 into the spaces between the flat, plate-shaped cooling fins 107 c. Since the flow guide 202 has the greatest length at a central position of the cooling element 106 d, it is possible that the flow of the cooling fluid reaches the base of the cooling fins 107 c under consideration even in the middle of the cooling element 106 d. As the length of the flow guide 202 gradually decreases from a central position to the lateral positions, part of the cooling fluid flow leaving these flow guide elements at middle positions is forced by further portions of the cooling fluid flow from adjacent flow guide elements to a fin base position to flow, causing an increased flow velocity at such a position. As a result, it is possible to improve the cooling performance at the fin base positions where the temperature is most likely to be the highest. In addition, the cooling performance can be improved in a central area of the heat generating unit under consideration where the temperature is most likely to be the highest.
In Fig. 28 ist eine Abwandlung der zweiten Ausführungs form gezeigt. In Fig. 28 sind die Komponenten, die denje nigen von Fig. 27 entsprechen, mit denselben Bezugszei chen bezeichnet, ferner wird ihre nochmalige Beschreibung weggelassen.In Fig. 28 is a modification of the second execution form shown. In Fig. 28, the components corresponding to those of Fig. 27 are denoted by the same reference numerals, and further description thereof is omitted.
Wie in Fig. 28 gezeigt, unterscheidet sich diese Abwand lung von der in Fig. 27 gezeigten Ausführungsform dadurch, daß eine Strömungsführung 202a Führungselemente besitzt, die in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind, der von einer mittleren Position eines Kühlelemen tes 106e zu seitlichen Positionen desselben abnimmt. Genauer besitzen die Strömungsführungselemente an mittle ren Positionen des Kühlelementes 106e den größten gegen seitigen Abstand, so daß es möglich ist, die Strömung eines Kühlungsfluids in eine Strömung mit höherer Geschwindigkeit umzuwandeln.As shown in FIG. 28, this modification differs from the embodiment shown in FIG. 27 in that a flow guide 202 a has guide elements which are arranged at a mutual distance from one another from a central position of a cooling element 106 e to the side Positions of the same decreases. More specifically, the flow guide elements at the middle positions of the cooling element 106 e have the greatest mutual distance, so that it is possible to convert the flow of a cooling fluid into a flow at a higher speed.
Nun wird mit Bezug auf die Fig. 29 und eine dritte Aus führungsform des zweiten Aspektes der vorliegenden Erfin dung beschrieben. In den Fig. 29 und 30 sind die Kompo nenten der dritten Ausführungsform, die denjenigen der in den Fig. 22 und 23 gezeigten ersten Ausführungsform ent sprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ferner wird ihre nochmalige Beschreibung weggelassen.Now, with reference to Fig. 29 and a third off guide die of the second aspect of the present OF INVENTION dung described. In Figs. 29 and 30 are the compo nents of the third embodiment, the talk those of the first embodiment shown in FIGS. 22 and 23 ent, designated by the same reference numerals, and further their repeated description will be omitted.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß die erstere eine Blattfeder 131 und eine Klemme 132 enthält. Die Blattfe der 131 ist in einem Schlitz 109 angeordnet, der in einem mittleren Bereich eines Kühlelementes 106 gebildet ist und sich durch eine Anordnung von mehreren flachen, plat tenförmigen Kühlrippen 107 erstreckt; die Blattfeder 131 besitzt eine Klemmkraft, die durch einen Schraubbolzen 130 eingestellt werden kann. Die Klemme 132 besitzt eine L-förmige Querschnittkonfiguration, wie in Fig. 30 gezeigt ist, und umfaßt ein Paar von Klemmelementen 132, die durch eine Bodenplatte der betrachteten wärmeerzeu genden Einheit, z. B. eines Multichip-Moduls 101 gehalten werden und an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Kühlelementes 106 angeordnet sind, die sich an jedem Ende der Anordnung der flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107 befinden. Die Blattfeder 131 wird am Kühlelement 106 mon tiert, anschließend wird die sich ergebende Baugruppe am Multichip-Modul 101 angebracht. Die L-förmige Klemme 132 verschließt die Öffnungen des Schlitzes 109, die sich an gegenüberliegenden Seitenflächen befinden, wodurch der Verlust von Kühlungsfluid durch den Schlitz 109 reduziert wird. The third embodiment differs from the first embodiment in that the former includes a leaf spring 131 and a clamp 132 . The Blattfe of 131 is arranged in a slot 109 which is formed in a central region of a cooling element 106 and extends through an arrangement of a plurality of flat, plat-shaped cooling fins 107 ; the leaf spring 131 has a clamping force that can be adjusted by a screw bolt 130 . The clamp 132 has an L-shaped cross-sectional configuration, as shown in Fig. 30, and comprises a pair of clamping elements 132 , which by a bottom plate of the heat-generating unit under consideration, e.g. B. a multichip module 101 and are arranged on two opposite side surfaces of the cooling element 106 , which are located at each end of the arrangement of the flat, plate-shaped cooling fins 107 . The leaf spring 131 is installed on the cooling element 106 , then the resulting assembly is attached to the multichip module 101 . The L-shaped clamp 132 closes the openings of the slot 109 , which are located on opposite side surfaces, thereby reducing the loss of cooling fluid through the slot 109 .
Im Hinblick auf die Montage des Multichip-Moduls 101 wer den das Kühlelement 106 und das Multichip-Modul 101 vor zugsweise als getrennte Einheiten vorbereitet. Daher sind der Multichip-Modul 101 und das Kühlelement 106 durch Mittel wie etwa ein wärmeleitendes Fett, eine wärmelei tende Folie, einen wärmeleitenden Klebstoff oder Befesti gungsbolzen in gegenseitigem thermischen Kontakt. Da jedoch der Multichip-Modul 101 und das Kühlelement 106 unterschiedliche Temperaturverteilungen besitzen und folglich unterschiedliche Wärmeverformungsgrade zeigen, muß das Kühlelement 106 der Wärmeverformung des Multi chip-Moduls 101 folgen, um Schwankungen des Wärmewider standes zwischen dem Multichip-Modul 101 und dem Kühlele ment 106 zu verhindern. Die Klemmeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform umfaßt eine Kombination der Blattfeder 131 und der L-förmigen Klemme 132, wobei letztere von der Bodenfläche des Multichip-Moduls 101 unterstützt ist. Die Kombination ist so beschaffen, daß im wesentlichen auf die Mitte des Kühlelementes 106 eine Last ausgeübt wird und daß eine Lasteinstellung mittels des Schraubbolzens 130 möglich ist, wodurch das Kühlelement 106 der Wärme verformung des Multichip-Moduls 101 konstant folgt. Somit ist es möglich, den Wärmewiderstand des Multichip-Moduls und des Kühlelementes 106 zu stabilisieren und außerdem die Raumausnutzung zu verbessern und einen Kühlungsfluid verlust zu verhindern.With regard to the assembly of the multichip module 101 who prepared the cooling element 106 and the multichip module 101 before preferably as separate units. Therefore, the multichip module 101 and the cooling element 106 are in thermal contact with each other by means such as a heat-conducting grease, a heat-conducting film, a heat-conducting adhesive or fastening bolts. However, since the multichip module 101 and the cooling element 106 have different temperature distributions and consequently show different degrees of thermal deformation, the cooling element 106 must follow the thermal deformation of the multi-chip module 101 in order to prevent fluctuations in the thermal resistance between the multichip module 101 and the cooling element 106 to prevent. The clamping device according to this embodiment comprises a combination of the leaf spring 131 and the L-shaped clamp 132 , the latter being supported by the bottom surface of the multichip module 101 . The combination is such that a load is exerted essentially on the center of the cooling element 106 and that load adjustment by means of the screw bolt 130 is possible, as a result of which the cooling element 106 constantly follows the thermal deformation of the multichip module 101 . It is thus possible to stabilize the thermal resistance of the multichip module and the cooling element 106 and also to improve the space utilization and to prevent loss of cooling fluid.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in einem mittleren Bereich eines Kühlelementes für die Kühlung einer wärmeerzeugenden Einheit ein Schlitz gebil det, in dem jede der mehreren Kühlrippen von einer oberen Fläche des Kühlelementes bis zu einer unteren Position am Kühlrippenfuß oder bis in dessen Nähe geschlitzt ist, so daß ein Kühlungsfluid in Tiefenrichtung in den Schlitz strömen kann, um eine Kühlrippenfußposition oberhalb eines mittleren Bereichs der wärmeerzeugenden Einheit direkt zu erreichen, ohne daß die Geschwindigkeit des Kühlungsfluids abnimmt. Darüber hinaus kann das in den Schlitz strömende Kühlungsfluid die Kühlrippenfußposition ohne wesentlichen Temperaturanstieg des Kühlungsfluids direkt erreichen. Dadurch kann die Kühlungsleistung für einen mittleren Bereich dem Wärmeerzeugungseinheit erhöht werden. Somit ist es möglich, eine wärmeerzeugende Ein heit wie etwa ein Halbleiterbauelement mit integrierten Schaltungen mit LSI-Struktur mit hohem Wirkungsgrad und mit gleichmäßiger Temperaturverteilung in der wärmeerzeu genden Einheit zu kühlen. Insbesondere im Fall eines Mul tichip-Moduls, in dem LSI-Chips oder dergleichen mit hoher Dichte angeordnet sind und wie er kürzlich in Gebrauch gekommen ist, um eine Hochgeschwindigkeitsverar beitung mittels eines Computers zu ermöglichen, kann die große Anzahl von LSI-Chips und dergleichen im Multichip- Modul mittels eines üblichen Kühlungsfluids wie etwa Luft gleichmäßig gekühlt werden, so daß kein spezielles Küh lungsfluid wie etwa Wasser erforderlich ist.According to the second aspect of the present invention in a central area of a cooling element for the Cooling a heat generating unit a slot det, in which each of the multiple cooling fins from an upper Surface of the cooling element to a lower position on Cooling fin base or slits close to it, see above that a cooling fluid in the depth direction in the slot can flow to a fin location above a central area of the heat generating unit to reach directly without the speed of the Cooling fluid decreases. In addition, in the Slit flowing cooling fluid the fin base position without significant increase in temperature of the cooling fluid reach directly. This can reduce the cooling capacity for a central area increases the heat generating unit become. Thus, it is possible to be a heat generating one unit such as a semiconductor device with integrated Circuits with LSI structure with high efficiency and with even temperature distribution in the heat generator cooling unit. Especially in the case of a Mul tichip module in which LSI chips or the like with high density are arranged and as he was recently in Use has come to a high speed processing to enable processing by means of a computer large number of LSI chips and the like in the multichip Module using a common cooling fluid such as air be cooled evenly so that no special cooling fluid such as water is required.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Strömungsführung enthalten, die wenigstens einen Satz von Führungselementen umfaßt, die im Kühlelement angeordnet sind, um ein von der oberen Fläche des Kühlelementes ein strömendes Kühlungsfluid so zu führen, daß es mit hoher Geschwindigkeit zu einem mittleren Bereich des Kühlele mentes fließt. Mit dieser Anordnung kann die Umgebung des Kühlrippenfußes an einer Position oberhalb eines mittle ren Bereichs der wärmeerzeugenden Einheit intensiv gekühlt werden. Wenn die Strömungsführung auf eine bestimmte Weise vorgesehen ist, die der Verteilung der erzeugten Wärmemengen entspricht, ist es möglich, eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in der eine große Wärmemenge erzeugenden Einheit zu schaffen, wodurch eine effizientere Kühlung geschaffen wird. The second aspect of the present invention can be one Flow guidance included at least one set of Includes guide elements arranged in the cooling element are one from the top surface of the cooling element flowing cooling fluid so that it with high Velocity to a central area of the Kühlele mentes flows. With this arrangement, the environment of the Rib foot at a position above a middle intensive area of the heat generating unit be cooled. If the flow guidance to a certain way is provided that the distribution of generated amounts of heat, it is possible to more even temperature distribution in the one large Create heat generating unit, creating a more efficient cooling is created.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Klemmeinrichtung enthalten, die die Kombination aus einer in einem Schlitz des Kühlelementes angeordneten Blattfe der und aus einer L-förmigen Klemme umfaßt, die von der Bodenfläche einer wärmeerzeugenden Einheit wie etwa eines Multichip-Moduls unterstützt ist. Wenn das Kühlelement mit der darauf angebrachten Klemmeinrichtung an der wär meerzeugenden Einheit montiert ist, ist es möglich, das Kühlelement an der wärmeerzeugenden Einheit mit hoher Zuverlässigkeit und bei guter Raumausnutzung zu montie ren, wobei ein hoher Grad von Kühlungsleistung des Kühl elementes, in dem der Schlitz ausgebildet ist, aufrecht erhalten wird. Die Gefahr eines Kühlungsfluidverlusts durch den Schlitz wird durch die L-förmige Klemme redu ziert.The second aspect of the present invention can be one Clamping device included, the combination of a Blattfe arranged in a slot of the cooling element which and comprises an L-shaped clamp which of the Floor area of a heat generating unit such as one Multichip module is supported. If the cooling element with the clamping device attached to it sea-generating unit is mounted, it is possible that Cooling element on the heat generating unit with high Reliability and with good use of space ren, with a high degree of cooling performance of the cooling element in which the slot is formed, upright is obtained. The risk of loss of cooling fluid through the slot is reduced by the L-shaped clamp graces.
Ferner ist gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Düsenende in eine Düsenverbindungsöffnung unter Einfügung eines weichen Dämpfungselementes in das obere Ende des Kühlelementes eingeschoben. Daher ist es möglich, die Düse mit dem hochleistungsfähigen Kühlele ment zu verbinden, ohne die elektrische Verbindung der externen Schaltungen mit der wärmeerzeugenden Einheit zu belasten, wobei der Kühlungsfluidverlust zum Verschwinden gebracht wird.Furthermore, according to the second aspect of the present Invention the nozzle end in a nozzle connection opening with the insertion of a soft damping element in the inserted upper end of the cooling element. Therefore, it is possible to use the nozzle with the high-performance cooling element to connect without the electrical connection of the external circuits with the heat generating unit load, with the loss of cooling fluid disappearing brought.
Claims (33)
mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20) angebracht sind;
mehreren Kühlelementen (22), die an entsprechen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Verbindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Rich tung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungs mediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen; und
einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammen gesetzt ist, die von den Kühlelementen (22) ausgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch die Kühlelemente (22) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes Kühlelement (22) mit dem Anteil des Kühlungsmediums beschickt wird, der durch eine Düse (23) strömt, die an dem dem wärmeerzeugenden Halb leiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlele mentes (22) vorgesehen ist; und
ein Strömungsraum für das abzuführende erwärmte Kühlungsmedium zwischen benachbarten Düsen (23) vorgese hen ist, der sich längs der der Platte (20) entgegenge setzten Enden der Kühlelemente (22) in einer Richtung erstreckt, die zur Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums im Kühlelement (22) im wesentlichen senkrecht ist. 1. Electronic device, with
a plurality of heat generating semiconductor devices ( 21 ) attached to a plate ( 20 );
a plurality of cooling elements ( 22 ) which are attached to the heat-generating semiconductor components ( 21 ) via a heat-conducting connection, the cooling elements ( 22 ) being arranged in such a way that they direct the direction ( 27 ) of the flow and the discharge of a cooling medium such as Determine air through this arrangement; and
a discharge chamber ( 36 ) for the passage of a confluent flow ( 28 ) of the cooling medium, which is composed of the portions of the heated cooling medium which are output by the cooling elements ( 22 ),
characterized in that the cooling elements ( 22 ) are arranged so that the directions ( 27 ) of the flow and the discharge of the cooling medium through the cooling elements ( 22 ) are substantially identical, each cooling element ( 22 ) loading with the proportion of the cooling medium is, which flows through a nozzle ( 23 ) which is provided on the heat-generating semiconductor component ( 21 ) opposite end of the cooling element ( 22 ); and
a flow space for the heated cooling medium to be discharged is provided between adjacent nozzles ( 23 ) and extends along the plate ( 20 ) opposite ends of the cooling elements ( 22 ) in a direction that is directed to the direction ( 27 ) of the flow and the discharge of the cooling medium in the cooling element ( 22 ) is substantially vertical.
mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20) angebracht sind;
mehreren Kühlelementen (22), die an entsprechen den wärmeerzeugenden Haltleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Verbindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Rich tung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungs mediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen; und
einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammen gesetzt ist, die von den Kühlelementen (22) ausgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch die Kühlelemente (22) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes Kühlelement (22) mit demjeni gen Anteil des Kühlungsmediums beschickt wird, der durch eine Düse (23) strömt, die mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlelementes (22) in Kontakt ist; und
die Breite (W) einer jeden Düse (23) gemessen in der Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch das Kühlelement (22) kleiner als die Breite (L) des zugehörigen Kühlelementes (22) ist.2. Electronic device, with
a plurality of heat generating semiconductor devices ( 21 ) attached to a plate ( 20 );
a plurality of cooling elements ( 22 ) which are attached to the heat-generating semiconductor components ( 21 ) via a heat-conducting connection, the cooling elements ( 22 ) being arranged in such a way that they direct the direction ( 27 ) of the flow and the discharge of a cooling medium such as Determine air through this arrangement; and
a discharge chamber ( 36 ) for the passage of a confluent flow ( 28 ) of the cooling medium, which is composed of the portions of the heated cooling medium which are output by the cooling elements ( 22 ),
characterized in that the cooling elements ( 22 ) are arranged such that the directions ( 27 ) of the flow and the discharge of the cooling medium through the cooling elements ( 22 ) are substantially identical, each cooling element ( 22 ) having the proportion of the cooling medium is fed, which flows through a nozzle ( 23 ) which is in contact with the end of the cooling element ( 22 ) opposite the heat-generating semiconductor component ( 21 ); and
the width (W) of each nozzle ( 23 ) measured in the direction ( 27 ) of the flow and the discharge of the cooling medium through the cooling element ( 22 ) is smaller than the width (L) of the associated cooling element ( 22 ).
mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20) angebracht sind;
mehreren Kühlelementen (22), die an entsprechen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Verbindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Rich tung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungs mediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen; und
einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammen gesetzt ist, die von den Kühlelementen (22) ausgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch die Kühlelemente (22) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes Kühlelement (22) mit demjeni gen Anteil des Kühlungsmediums beschickt wird, der durch eine Düse (23) strömt, die mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlelementes (22) in Kontakt ist; und
jede Düse (22) in einer zur Platte (20) paralle len Ebene einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt, wobei die kürzeren Seiten des Rechtecks sich in der Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch das Kühlelement (22) erstrecken.3. Electronic device, with
a plurality of heat generating semiconductor devices ( 21 ) attached to a plate ( 20 );
a plurality of cooling elements ( 22 ) which are attached to the heat-generating semiconductor components ( 21 ) via a heat-conducting connection, the cooling elements ( 22 ) being arranged in such a way that they direct the direction ( 27 ) of the flow and the discharge of a cooling medium such as Determine air through this arrangement; and
a discharge chamber ( 36 ) for the passage of a confluent flow ( 28 ) of the cooling medium, which is composed of the portions of the heated cooling medium which are output by the cooling elements ( 22 ),
characterized in that the cooling elements ( 22 ) are arranged such that the directions ( 27 ) of the flow and the discharge of the cooling medium through the cooling elements ( 22 ) are substantially identical, each cooling element ( 22 ) having the proportion of the cooling medium is fed, which flows through a nozzle ( 23 ) which is in contact with the end of the cooling element ( 22 ) opposite the heat-generating semiconductor component ( 21 ); and
each nozzle ( 22 ) in a plane parallel to the plate ( 20 ) has a substantially rectangular cross-section, the shorter sides of the rectangle extending in the direction ( 27 ) of the flow and the removal of the cooling medium through the cooling element ( 22 ) .
mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20) angebracht sind;
mehreren Kühlelementen (22), die an entsprechen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Verbindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Rich tung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungs mediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen; und
einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammen gesetzt ist, die von den Kühlelementen (22) ausgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch die Kühlelemente (22) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes Kühlelement (22) mit demjeni gen Anteil des Kühlungsmediums beschickt wird, der durch eine Düse (23) strömt, die mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlelementes (22) in Kontakt ist; und
die Breite einer jeden Düse (23) gemessen in der zur Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch das Kühlelement (22) senkrechten Rich tung größer ist als die Breite des zugehörigen Kühlele mentes (22).10. Electronic device, with
a plurality of heat generating semiconductor devices ( 21 ) attached to a plate ( 20 );
a plurality of cooling elements ( 22 ) which are attached to the heat-generating semiconductor components ( 21 ) via a heat-conducting connection, the cooling elements ( 22 ) being arranged in such a way that they direct the direction ( 27 ) of the flow and the discharge of a cooling medium such as Determine air through this arrangement; and
a discharge chamber ( 36 ) for the passage of a confluent flow ( 28 ) of the cooling medium, which is composed of the portions of the heated cooling medium which are output by the cooling elements ( 22 ),
characterized in that the cooling elements ( 22 ) are arranged such that the directions ( 27 ) of the flow and the discharge of the cooling medium through the cooling elements ( 22 ) are substantially identical, each cooling element ( 22 ) having the proportion of the cooling medium is fed, which flows through a nozzle ( 23 ) which is in contact with the end of the cooling element ( 22 ) opposite the heat-generating semiconductor component ( 21 ); and
the width of each nozzle ( 23 ) measured in the direction ( 27 ) of the flow and the discharge of the cooling medium through the cooling element ( 22 ) perpendicular direction is greater than the width of the associated cooling element ( 22 ).
gekennzeichnet durch
ein Kühlelement (22), das von einem wärmeerzeu genden Halbleiterbauelement (21) Wärme aufnimmt und die Wärme mittels Wärmeaustausches zwischen sich und einem Kühlungsmedium wie etwa Luft abführt, wobei die Kühlele ment-Baugruppe die Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Baugruppe hin durch bestimmt, und
eine Düse (23), die an dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlelementes (22) vorgesehen ist, wobei die Breite der Düse (23) gemessen in der Richtung, die zu der durch das Kühlelement (22) festgelegten Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums senkrecht ist, grö ßer ist als die Breite des Kühlelementes (22) und wobei die Breite (W) der Düse (23) gemessen in der durch das Kühlelement (22) festgelegten Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums kleiner ist als die Breite (L) des Kühlelementes (22).13. cooling element assembly,
marked by
a cooling element ( 22 ) which absorbs heat from a heat-generating semiconductor component ( 21 ) and removes the heat by means of heat exchange between itself and a cooling medium, such as air, the cooling element assembly determining the direction ( 27 ) of the flow and the removal of the cooling medium determined by the assembly, and
a nozzle ( 23 ) which is provided at the end of the cooling element ( 22 ) opposite the heat-generating semiconductor component ( 21 ), the width of the nozzle ( 23 ) being measured in the direction to the direction defined by the cooling element ( 22 ) ( 27 ) the flow and the discharge of the cooling medium is perpendicular, is greater than the width of the cooling element ( 22 ) and the width (W) of the nozzle ( 23 ) measured in the direction ( 27 ) defined by the cooling element ( 22 ) Flow and the discharge of the cooling medium is smaller than the width (L) of the cooling element ( 22 ).
einem elektronischen Gerät, das versehen ist mit mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20): angebracht sind, mehreren Kühl elementen (22), die an entsprechenden wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Ver bindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen, und einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammengesetzt ist, die von den Kühlele menten (22) abgegeben werden;
einer Kühlungsmedium-Beschickungseinrichtung (32) für die Zuführung von Kühlungsmedium an die Kühlelemente (22);
einer Kammer (24) zum Zuführen des Kühlungsmedi ums von der Kühlungsmedium-Beschickungseinrichtung (32) an die Kühlelemente (22); und
einem Gehäuse (60), das das elektronische Gerät und die Kühlungsmedium-Beschickungseinrichtung (32) auf nimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Gerät in einem oberen Bereich des Gehäuses (60) Seite an Seite neben der Kammer (24) angeordnet ist;
die Kühlungsmedium-Beschickungseinrichtung (32) unter der Kammer (24) angeordnet ist;
die Abführungskammer (36) an der Oberseite des elektronischen Gerätes und oberhalb von Düsen (23), durch die das Kühlungsmedium den Kühlelementen (22) zugeführt wird, vorgesehen ist; und
das Gehäuse (60) mit einem Kühlungsmedium-Auslaß (30) versehen ist, der in seiner oberen Wand gebildet ist.15. Computer, with
an electronic device which is provided with a plurality of heat-generating semiconductor components ( 21 ) which are attached to a plate ( 20 ): a plurality of cooling elements ( 22 ) which are fastened to corresponding heat-generating semiconductor components ( 21 ) via a thermally conductive connection, wherein the cooling elements ( 22 ) are arranged to determine the direction ( 27 ) of the flow and exhaust of the cooling medium such as air through this arrangement, and an exhaust chamber ( 36 ) for the passage of a confluent flow ( 28 ) of the cooling medium which is composed of the proportions of the heated cooling medium, which are emitted by the cooling elements ( 22 );
a cooling medium feed device ( 32 ) for supplying cooling medium to the cooling elements ( 22 );
a chamber ( 24 ) for supplying the cooling medium from the cooling medium feeder ( 32 ) to the cooling elements ( 22 ); and
a housing ( 60 ) which accommodates the electronic device and the cooling medium charging device ( 32 ),
characterized in that the electronic device is arranged in an upper region of the housing ( 60 ) side by side next to the chamber ( 24 );
the cooling medium feed device ( 32 ) is arranged under the chamber ( 24 );
the discharge chamber ( 36 ) is provided at the top of the electronic device and above nozzles ( 23 ) through which the cooling medium is supplied to the cooling elements ( 22 ); and
the housing ( 60 ) is provided with a cooling medium outlet ( 30 ) formed in its top wall.
die Kühlelemente (22) des elektronischen Gerätes so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums, die durch die Kühlelemente (22) bestimmt sind, im wesentlichen iden tisch sind;
die Düsen (23) so vorgesehen sind, daß sie mit den den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) ent gegengesetzten Enden der Kühlelemente (22) in Kontakt sind, um so das Kühlungsmedium in die Kühlelemente (22) einzuleiten; und
die Breite (W) einer jeden Düse (23) gemessen in der durch das Kühlelement (22) bestimmten Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums klei ner ist als die Breite (L) des zugehörigen Kühlelementes (22).16. Computer according to claim 15, characterized in that
the cooling elements ( 22 ) of the electronic device are arranged so that the directions ( 27 ) of the flow and the discharge of the cooling medium, which are determined by the cooling elements ( 22 ), are substantially identical;
the nozzles ( 23 ) are provided so that they are in contact with the ends of the cooling elements ( 22 ) opposite the heat-generating semiconductor components ( 21 ) so as to introduce the cooling medium into the cooling elements ( 22 ); and
the width (W) of each nozzle ( 23 ) measured in the direction ( 27 ) of the flow and the discharge of the cooling medium determined by the cooling element ( 22 ) is smaller than the width (L) of the associated cooling element ( 22 ).
jedes der Kühlelemente (22) mehrere Kühlrippen (41) aufweist; und
der Abstand zwischen gegenüberliegenden, am wei testen außen befindlichen Kühlrippen (41) von benachbar ten Kühlelementen (22) gemessen in der durch das Kühlele ment (22) bestimmten Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums wenigstens teilweise größer ist als der Abstand zwischen den wärmeerzeugenden Halb leiterbauelementen (21), die den benachbarten Kühlelemen ten (22) zugehören.17. Electronic device according to one of claims 1 and 2, characterized in that
each of the cooling elements ( 22 ) has a plurality of cooling fins ( 41 ); and
the distance between opposite, on the white test external cooling fins ( 41 ) of neighboring th cooling elements ( 22 ) measured in the element ( 22 ) determined by the Kühlele ( 22 ) direction ( 27 ) of the flow and the removal of the cooling medium is at least partially larger than the distance between the heat-generating semiconductor components ( 21 ) belonging to the neighboring cooling elements ( 22 ).
mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20) angebracht sind;
mehreren Kühlelementen (22), die an entsprechen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Verbindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Rich tung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungs mediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen; und
einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammen gesetzt ist, die von den Kühlelementen (22) ausgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch die Kühlelemente (22) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes Kühlelement (22) mit demjeni gen Anteil des Kühlungsmediums beschickt wird, der durch eine Düse (23) strömt, die mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlelementes (22) in Kontakt ist; und
der gegenseitige Abstand der Düsen (23) gemessen in der Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement (22) kleiner ist als der gegenseitige Abstand der Kühlelemente (22).20. Electronic device, with
a plurality of heat generating semiconductor devices ( 21 ) attached to a plate ( 20 );
a plurality of cooling elements ( 22 ) which are attached to the heat-generating semiconductor components ( 21 ) via a heat-conducting connection, the cooling elements ( 22 ) being arranged in such a way that they direct the direction ( 27 ) of the flow and the discharge of a cooling medium such as Determine air through this arrangement; and
a discharge chamber ( 36 ) for the passage of a confluent flow ( 28 ) of the cooling medium, which is composed of the portions of the heated cooling medium which are output by the cooling elements ( 22 ),
characterized in that
the cooling elements ( 22 ) are arranged such that the directions ( 27 ) of the flow and the discharge of the cooling medium through the cooling elements ( 22 ) are essentially identical, each cooling element ( 22 ) being charged with the portion of the cooling medium which is present flows through a nozzle ( 23 ) which is in contact with the end of the cooling element ( 22 ) opposite the heat-generating semiconductor component ( 21 ); and
the mutual distance of the nozzles ( 23 ) measured in the direction ( 27 ) of the flow and the removal of the cooling medium through the cooling element ( 22 ) is smaller than the mutual distance of the cooling elements ( 22 ).
mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20) angebracht sind;
mehreren Kühlelementen (22), die an entsprechen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Verbindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Rich tung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungs mediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen; und
einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammen gesetzt ist, die von den Kühlelementen (22) ausgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch die Kühlelemente (22) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes Kühlelement (22) mit demjeni gen Anteil des Kühlungsmediums beschickt wird, der durch eine Düse (23) strömt, die mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlelementes (22) in Kontakt ist; und
das elektronische Gerät außerdem eine Trennwand (29) aufweist, die die mehreren Kühlelemente (22) und Düsen (23) umgibt, welche mit den den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) entgegengesetzten Endflächen der Kühlelemente (22) in Kontakt sind, um den Kühlelemen ten (22) das Kühlungsmedium zuzuführen, wobei die Düsen (23) einteilig mit der Trennwand (29) ausgebildet sind.22. Electronic device, with
a plurality of heat generating semiconductor devices ( 21 ) attached to a plate ( 20 );
a plurality of cooling elements ( 22 ) which are attached to the heat-generating semiconductor components ( 21 ) via a heat-conducting connection, the cooling elements ( 22 ) being arranged in such a way that they direct the direction ( 27 ) of the flow and the discharge of a cooling medium such as Determine air through this arrangement; and
a discharge chamber ( 36 ) for the passage of a confluent flow ( 28 ) of the cooling medium, which is composed of the portions of the heated cooling medium which are output by the cooling elements ( 22 ),
characterized in that
the cooling elements ( 22 ) are arranged such that the directions ( 27 ) of the flow and the discharge of the cooling medium through the cooling elements ( 22 ) are essentially identical, each cooling element ( 22 ) being charged with the portion of the cooling medium which is present flows through a nozzle ( 23 ) which is in contact with the end of the cooling element ( 22 ) opposite the heat-generating semiconductor component ( 21 ); and
the electronic device also has a partition wall ( 29 ) surrounding the plurality of cooling elements ( 22 ) and nozzles ( 23 ) which are in contact with the end faces of the cooling elements ( 22 ) opposite the heat-generating semiconductor components ( 21 ) in order to cool the cooling elements ( 22 ) supply the cooling medium, the nozzles ( 23 ) being formed in one piece with the partition ( 29 ).
eine Blattfeder (131), die von dem Schlitz (109, 109a, 109b) aufgenommen ist und deren Federkraft ein stellbar ist; und
ein L-förmiges Klemmelement (132), das an den Seitenflächen des Kühlelementes (106) befestigt ist und an der Unterseite der wärmeerzeugenden Einheit (101) gehalten wird.28. Cooling device according to claim 23, characterized by a cooling element clamping device comprising:
a leaf spring ( 131 ) which is received by the slot ( 109 , 109 a, 109 b) and whose spring force is adjustable; and
an L-shaped clamp member ( 132 ) attached to the side surfaces of the cooling member ( 106 ) and held on the underside of the heat generating unit ( 101 ).
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